Chimica applicata ai materiali - appunti

Corso di chimica applicata ai materiali 2026

2026 Appunti presi a lezione del Corso di:

CHIMICA APPLICATA AI MATERIALI

Docente:

Prof. Marcello Romagnoli

Appunti presi a lezione -pag. 1- Ingegneria Civile - IASA

Corso di chimica applicata ai materiali 2026

1 25/02/2026

LEZIONE DEL

INFORMAZIONE DEL CORSO:

- esame in due parti, prima parte sui concetti di base, sulla scienza dei materiali e proprietà da

misurare, seconda parte sui materiali (ceramici, metallici, polimerici, legno).

- orale con argomento a piacere, il prof può chiedere qualsiasi cosa del programma. Concentrarsi

cosa significano i grafici, equazioni, caratteristica. (durata mezz’oretta)

Classificazione materiali 

• Metalli: es. ingranaggi;

• Ceramici: es. vaso;

• Polimeri: es. bottigliette d’acqua;

• Compositi: materiale che contiene tutti i precedenti.

Metalli hanno una struttura cristallina ben definita, gli atomi sono legati tra di loro tramite

→

legami metallici che conferisce loro le seguenti proprietà:

• colore lucente;

• durezza (superficiale);

• conduttività elettrica e termica;

• malleabilità.

Il legame metallico non è direzionato ma la sua forza dipende dalla distanza dei suoi atomi.

Diverso è per i materiali ceramici, i loro legami sono principalmente covalenti e ionici per cui anche

la direzione p importante.

Polimerici sono macromolecole organiche costituite principalmente da atomi di carbonio

→

legati tramite legami covalenti. Le molecole sono formate da monomeri che uniti formano molecole

lineari o reticolare, conferendo le seguenti caratteristiche:

• duttili e soffici;

• traslucidi (dipende dai coloranti e cariche inerti);

• bassa stabilità termica (fonde a temperature basse rispetto ai ceramici);

• bassa densità (pesano poco);

• bassa conducibilità termica ed elettrica (per coibentazione e isolanti).

Ceramici sono materiali amorfi o cristallini che si basano su elementi diversi dal carbonio,

→

legati da legami covalenti polarizzati o ionici. Le loro caratteristiche sono:

• bassa conducibilità termica ed elettrica;

• fragile (si rompe senza deformazione plastica);

• alta resistenza alla corrosione;

• alta stabilità termica;

• bassa conducibilità termica ed elettrica (per coibentazione e isolanti).

Compositi sono materiali che vengono combinati con altri materiali per poter estrapolare

→

caratteristiche nuove ed innovative. es. Kevlar

struttura atomica > legami chimici > formula chimica > microstruttura > lavorazione > caratt.

macroscopiche

dipende molto anche la lavorazione del pezzo, non basta avere il materiale

Appunti presi a lezione -pag. 2- Ingegneria Civile - IASA

Corso di chimica applicata ai materiali 2026

Proprietà MECCANICHE dei materiali 

descrive la loro capacità di deformarsi sotto l’azione di una

COMPORTAMENTO ELASTICO:

➢

forza e di ritornare alla forma originaria una volta che la forza viene rimossa. Se si supera il

limite elastico, il materiale entra nel campo plastico, dove la deformazione diventa permanente,

Se resta entro il limite elastico, dopo la rimozione del carico torna esattamente alla forma iniziale.

Modulo di Young (E) misura la rigidità: più è alto, meno il materiale si deforma.

→

Limite di elasticità valore massimo di tensione entro cui la deformazione resta reversibile.

→

Coefficiente di Poisson rapporto tra la contrazione laterale e l’aumento di volume causato

→

dalla trazione, ovvero tra la deformazione laterale e longitudinale. Questo ha senso se il materiale

è isotropo (omogeneo). un materiale ha questo comportamento quando, superata una

➢ COMPORTAMENTO PLASTICO:

certa tensione (detta limite di snervamento), la deformazione non è più reversibile e il corpo, una

volta rimosso il carico, non torna alla forma iniziale.

Snervamento (E) tensione in cui inizia la deformazione plastica.

→

Duttilità capacità di deformarsi plasticamente senza rompersi (alta nei metalli come il rame,

→

bassa nei materiali fragili come il vetro).

Resilienza e tenacità misura dell’energia assorbita prima della rottura.

→

Indurimento per deformazione nel campo plastico il materiale diventa più resistente e meno

→

duttile man mano che viene deformato.

descrive come un materiale si danneggia e si rompe quando è

➢ COMPORTAMENTO A FATICA:

sottoposto a sollecitazioni cicliche o ripetute nel tempo, anche molto inferiori al suo carico

statico di rottura. Un pezzo può rompersi dopo molti cicli di carico e scarico, anche se ogni

singolo carico è “piccolo”.

Diagramma di Wöhler diagramma che mette in relazione la componente alterata di un ciclo

→

di fatica con il numero di cicli che un provino sopporta prima della rottura ad una prefissata

probabilità. All’aumentare del numero di cicli, la tensione ammissibile diminuisce.

indica la resistenza di un materiale alla propagazione di una

➢ COMPORTAMENTO A FRATTURA:

cricca e il modo in cui avviene la rottura. Questo dipende da:

• natura del materiale (duro, duttile, fragile);

• presenza di difetti o microcricche;

• temperatura;

• velocità di applicazione del carico.

I principali tipi di frattura sono:

• frattura duttile avviene dopo una deformazione plastica, a seguito di una strizione e in

→

genere la rottura è lenta ed improvvisa.

• frattura fragile avviene senza preavviso e senza deformazione plastica visibile, la

→

superficie di frattura è lucida e cristallina, e si propaga molto rapidamente.

è una proprietà dei materiali che misura la loro capacità di assorbire energia prima

➢ RESILIENZA:

di rompersi, senza subire deformazioni permanenti eccessive, indica quindi quanto un materiale

resiste agli urti.

Prova di Charpy Per fare questa prova si utilizza un pendolo che colpisce un provino con

→

intaglio (V o U). L’energia assorbita dal materiale per rompersi viene misurata dalla differenza di

altezza del pendolo prima e dopo l’urto. Questa prova serve a valutare la tenacità a urto del

materiale, cioè la capacità di resistere a carichi dinamici e improvvisi.

Alta resilienza → materiale tenace, resiste bene agli urti. (es. acciaio dolce)

Bassa resilienza → materiale fragile, si rompe facilmente. (es. vetro, ghisa)

A basse temperature, molti metalli passano da un comportamento duttile a fragile.

Appunti presi a lezione -pag. 3- Ingegneria Civile - IASA

Corso di chimica applicata ai materiali 2026

è una proprietà meccanica che misura la resistenza che un

➢ DUREZZA SUPERFICIALE:

materiale oppone alla penetrazione di un altro corpo più duro nella sua superficie.

In pratica, indica quanto è difficile graffiare, incidere o deformare la superficie di un materiale.

In questo caso, si considera solo lo strato esterno (qualche decimo di millimetro), importante per

materiali trattati termicamente o rivestiti. Ci sono diverse scale per misurare la resistenza ai graffi,

una tra queste la scala Mohs. È la reazione del materiale quando viene schiacciato

➢ COMPORTAMENTO A COMPRESSIONE:

da due forze opposte che tendono a ridurne la lunghezza. La deformazione è negativa

(accorciamento), i materiali duttili si accorciano e si “gonfiano” lateralmente (es. acciaio), mentre i

materiali fragili, resistono bene a compressione ma male a trazione. (es. calcestruzzo, ceramiche)

È la reazione del materiale quando è piegato da un momento

➢ COMPORTAMENTO A FLESSIONE:

flettente (una forza che provoca curvatura). Una parte della sezione è in trazione, l'altra in

compressione, mentre al centro c'è la fibra neutra (nessuna deformazione). Questo concetto è

molto importante in travi, ponti, assi, e lamiere.

È la reazione del materiale quando viene tirato da due forze

➢ COMPORTAMENTO A TRAZIONE:

opposte che tendono ad allungarlo. Lo si studia con la prova di trazione per le barre metalliche.

Quando si effettua questa prova, il provino metallico, viene tirato nelle due direzione opposte ed

esso si allunga (deformazione longitudinale). Inizialmente segue la legge di Hooke (campo

elastico), in questa fase se rilasciato, il provino tornerebbe alla dimensione originaria. Superato il

limite elastico, entra nel campo plastico, ovvero si deforma permanentemente. Successivamente

si snerva e si rompe.

Carico di snervamento è la tensione alla quale il materiale inizia a deformarsi

→

plasticamente, cioè non torna più alla forma originale anche se il carico viene tolto.

Carico di rottura è la massima tensione che un materiale può sopportare prima di rompersi

→

durante una prova di trazione, detta anche resistenza a trazione ultima.

È la reazione del materiale quando due forze parallele e opposte

➢ COMPORTAMENTO A TAGLIO:

tendono a far scorrere un piano rispetto a un altro. Le fibre del materiale tendono a scivolare

sull’altra, in genere i materiali duttili hanno una buona resistenza mentre i materiali fragili si spezzano

bruscamente.

Proprietà TERMICHE dei materiali 

È la quantità di calore necessaria per aumentare la temperatura di

➢ CAPACITA’ TERMICA (C):

un corpo di 1 °C (o 1 K). È la quantità di calore necessaria per aumentare di 1 °C la

➢ CALORE SPECIFICO (c):

temperatura di 1 kg di sostanza. I materiali con alto calore specifico (es. acqua) si riscaldano e

si raffreddano lentamente. Non è una costante, infatti varia in base al materiale, allo stato, alla fase.

È la quantità di calore necessaria per far cambiare stato fisico

➢ CALORE LATENTE (L) :

(fusione, evaporazione, ecc.) senza variazione di temperatura. es. se faccio bollire l’acqua, rimane

a 100°C perché la quantità di calore che continuo a fornire serve per cambiare di stato.

Misura la capacità di un materiale di trasmettere calore. È la

➢ CONDUCIBILITA’ TERMICA (k):

quantità di calore Q che attraversa nell’unità di tempo una superficie A unitaria di materiale attraverso

uno spessore unitario. Indica quanto si allunga o si accorcia un materiale

➢ COEFFICIENTE DI DILATAZIONE TERMICA:

quando cambia la temperatura.

Appunti presi a lezione -pag. 4- Ingegneria Civile - IASA

Corso di chimica applicata ai materiali 2026

Misura la resistenza di un materiale a bruschi

➢ COEFFICIENTE ALLO SHOCK TERMICO:

cambiamenti di temperatura, che possono generare cricche o rotture. Materiali con alta

conducibilità, bassa dilatazione e alta resistenza sono più resistenti allo shock termico.

È la temperatura alla quale una sostanza passa da uno

➢ TEMPERATURA DI CAMBIO DI FASE:

stato fisico a un altro (solido liquido gas). Durante il cambio di fase, la temperatura rimane

⇄ ⇄

costante finché la trasformazione non è completata.

Appunti presi a lezione -pag. 5- Ingegneria Civile - IASA

Corso di chimica applicata ai materiali 2026

2 04/03/2026

LEZIONE DEL

Proprietà FISICHE dei materiali 

È una grandezza fisica che indica quanto “materiale” (massa) è contenuto in un certo

➢ DENSITA’:

volume. In parole semplici, misura quanto una sostanza è compatta o concentrata. (es. il ferro

affonda nell’acqua perché ha densità maggiore, mentre il legno galleggia perché ha densità minore).

È una grandezza che indica quanto “vuoto” c’è dentro un materiale, misura la

➢ POROSITA’:

quantità di spazi o pori (piccoli buchi, cavità o canali) presenti all’interno di una sostanza solida.

Una porosità può essere aperta (spugna), che quindi comunica con l’esterno, e chiusa, magari una

bolla dentro ad un vetro. Una porosità può diventare chiusa se aperta e viceversa.

Abbiamo diversi tipi di porosità:

• porosità interparticellare: porosità esistente tra i grani di materiale;

• porosità intraparticellare: porosità esistente all’interno del corpo dei grani.

Concetto di sfera equivalente: La sfera equivalente è un modello che rappresenta ogni atomo

come una sfera di raggio equivalente, utile per descrivere l'impacchettamento degli atomi e la

struttura cristallina dei materiali.

È lo studio della dimensione e della distribuzione dei granuli (cioè delle

➢ GRANULOMETRIA:

particelle) che compongono un materiale solido, come terra, sabbia, ghiaia o polvere. Prendendo un

pugno di sabbia, se i granelli sono tutti più o meno uguali, la sabbia è a granulometria uniforme.

Se, invece, ci sono granelli di tante dimensioni diverse (grossi, medi, fini), allora la sabbia è a

granulometria variabile o ben graduata. Proprio in questo caso, la granuli più piccoli possono

occupare gli interstizi che di formano tra la granulometria di dimensione maggiore, andando ad

aumentare la massa ma rendendo invariato il volume.

È una caratteristica che rientra nel campo della reologia. La viscosità è la resistenza

➢ VISCOSITA’:

al moto di un liquido, è un attrito interno tra le particelle, una parte di energia si trasforma in calore

anziché in movimento. Un liquido messo tra due piastre, se applico una forza vicino alla piastra

superiore, la velocità aumenta fino a diventare costante, supponendo che il moto è laminare, vicino

alla piastra il liquido ha una certa velocità, via via che ci si avvicina alla piastra inferiore, il fluido

arriva ad avere una velocità minore per attrito.

sforzo di taglio [Pa]

=

Comportamento Newtoniano: viscosità costante.

Comportamento Non-Newtoniano: viscosità non costante nel tempo.

È Un fenomeno per cui quando ad un solido è applicato un carico o viene

➢ VISCOELASTICITA’:

imposta una deformazione, la struttura interna del materiale subisce al passare del tempo delle

deformazioni permanenti. Questo comportamento è tipico nella maggior parte dei materiali, in

particolare dei polimeri termoplastici, dei ceramici e dei metalli. (es. il sasso lanciato in un laghetto,

i primi salti li fa perché la velocità è tale da far comportare l’acqua come un solido fino a che il sasso

rallenta).

Il numero di Deborah è un numero adimensionale usato nella reologia (studio del comportamento

dei materiali) per descrivere quanto un materiale si comporta più come un solido elastico o più

come un fluido viscoso.

Proprietà ELETTRICHE dei materiali 

È la resistenza di un materiale al passaggio di corrente in esso. Essa è

➢ RESISTIVITA’:

indipendente dalla forma del campione.

Appunti presi a lezione -pag. 6- Ingegneria Civile - IASA

Corso di chimica applicata ai materiali 2026

È quanto un materiale conduce elettricità. I materiali possono essere:

➢ CONDUCIBILITA’:

conduttori, semiconduttori e isolanti.

È l’effetto riscaldamento dovuto al passaggio di corrente, sempre dovuto dagli

➢ EFFETTO JOULE:

attriti. Questo fenomeno è usato anche per riscaldare.

È l’attitudine del materiale a magnetizzarsi in presenza di un campo

➢ PERMEABILITA’ MAGNETICA:

magnetico. Il momento magnetico all’interno di un materiale viene spiegato con la presenza di

cariche elettriche in movimento, ovvero gli elettroni.

indica quanto un materiale si magnetizza quando viene

➢ SUSCETTIBILITA’ MAGNETICA:

applicato un campo magnetico. In base al valore di χ i materiali si dividono in diamagnetici,

paramagnetici e ferromagnetici.

< 0) ha suscettibilità negativa, difatti, il materiale si oppone al campo magnetico



DIAMAGNETICO (χ

applicato. Viene quindi respinto da un magnete. Le caratteristiche di questi materiali sono che non

hanno momenti magnetici permanenti e l’effetto è molto debole. (es. rame, argento, acqua, bismuto).

> 0, molto piccola), il materiale si magnetizza nella stessa direzione del



PARAMAGNETICO (χ

campo, viene debolmente attratto dal magnete. Le loro caratteristiche sono: hanno elettroni spaiati

e la magnetizzazione sparisce quando il campo viene tolto. (es. alluminio, platino, ossigeno).

> 0, molto grande), il materiale si magnetizza fortemente nel campo



FERROMAGNETICO (χ

magnetico e può rimanere magnetizzato anche senza campo (magnete permanente). (es. ferro,

nichel, cobalto).

La temperatura di Curie è la temperatura in cui un materiale perde il suo magnetismo.

MICROSTRUTTURA 

La struttura fisica dei materiali dipende dalla disposizione degli atomi che li compongono, una

prima distinzione può essere fatta tra materiali cristallini e amorfi. I cristallini sono materiali

composti da atomi composti in modo regolare, con un ordine a lungo raggio, dette anisotrope.

Gli amorfi sono composti da atomi disposti in modo regolare a corto raggio e disposti in modo

irregolare a lungo raggio (es. il vetro), dette isotrope.

Una struttura ordinata deve avere elementi di simmetria, più elementi di simmetria ha, più è

ordinata

Il reticolo cristallino è una struttura virtuale ottenuta unendo gli atomi, gli ioni o le molecole che

compongono la struttura cristallina, essa è composta da:

• : sono i centri di equilibrio di atomi, ioni o molecole che compongono la struttura

NODI

cristallina. Essi possono essere semplici; ovvero formati dalle stesse particelle, e composti;

formati da particelle diverse.

• : sono l’insieme di nodi orientati nella stessa direzione e a distanze regolari.

FILARI

• : sono l’insieme di nodi giacenti su uno stesso piano immaginario. Una

PIANI RETICOLARI

stru