Domande Tecnologia dei materiali e chimica applicata

Domande brevi

Quali legami sono detti “forti”? Sono detti legami forti (o primari) il legame ionico, il legame covalente e il legame metallico.

Quali legami sono detti “deboli”? Sono detti legami deboli (o secondari) le forze di Van der Waals, i legami dipolo-dipolo e i legami idrogeno.

Il legame covalente è un legame forte o debole? Il legame covalente è un legame forte.

Il legame ionico è un legame forte o debole? Il legame ionico è un legame forte.

Il legame metallico è un legame forte o debole? Il legame metallico è un legame forte.

Il legame di Van der Waals è un legame forte o debole? Il legame di Van der Waals è un legame debole.

Il legame dipolo-dipolo è un legame forte o debole? Il legame dipolo-dipolo è un legame debole.

Il legame idrogeno è un legame forte o debole? Il legame idrogeno è un legame debole.

In che cosa consiste la differenza tra materiale monocristallino e policristallino? Un materiale monocristallino è costituito da un unico cristallo mentre i materiali policristallini sono costituiti da tanti grani cristallini uguali chimicamente e con la stessa struttura cristallina ma orientati casualmente nello spazio e separati da interfacce chiamate bordi di grano.

Cosa sono le dislocazioni? Le dislocazioni sono dei difetti della struttura cristallina che si estendono lungo una linea.

La struttura di un vetro è ordinata o disordinata? La struttura del vetro è disordinata in quanto è un solido, ovvero caratterizzato dall’assenza all’interno della struttura di quell’ordine tipico dei solidi cristallini.

Si può dire che un vetro ha un preciso punto di fusione? Perché? Il vetro è un materiale ottenuto per raffreddamento di un fuso generalmente costituito da ossidi. Non avendo un ordine cristallino, il passaggio dallo stato liquido a quello solido e viceversa non avviene ad una precisa temperatura ma avviene con gradualità in un intervallo di temperatura chiamato intervallo di transizione vetrosa.

Qual è la differenza tra polimeri termoplastici e polimeri termoindurenti? I polimeri lineari e ramificati, al crescere della temperatura, subiscono un progressivo rammollimento dovuto alla rottura dei legami deboli e alla libertà di muoversi che le catene acquistano fino al raggiungimento di uno stato liquido viscoso. Questi polimeri sono detti termoplastici e possono essere riutilizzati e riformati per riscaldamento. Invece, nei polimeri reticolati il riscaldamento non provoca la fluidificazione del polimero ma l’aumento della temperatura, fino al raggiungimento dell’energia necessaria a rompere i legami primari, provoca la rottura di tutti i legami della struttura, con distruzione irreversibile della stessa. Questi polimeri sono detti termoindurenti perché, all’atto della loro fabbricazione, il trattamento termico favorisce la reticolazione e quindi l’indurimento del materiale.

Cosa si intende per energia libera di Gibbs? Scrivere la sua definizione in termini di entalpia ed entropia, precisando il significato dei simboli utilizzati? L’energia libera di Gibbs è una funzione di stato (ovvero una proprietà che dipende solamente dallo stato in cui si trova il sistema e non dal modo in cui esso è giunto in tale stato) fondamentale per stabilire se un processo avverrà spontaneamente. Infatti, si tratta di una grandezza che permette di studiare la spontaneità delle reazioni chimiche. L’energia libera di Gibbs si calcola facendo: G = H - TS.

H è l’entalpia, ovvero la quantità di energia interna che un sistema termodinamico può scambiare con l'ambiente (è data dal prodotto del volume del sistema per la sua pressione, sommata all’energia interna del sistema H = U + PV).

S è l’entropia, ovvero il grado di disordine di un sistema (ΔS = ΔQ_rev/T ovvero quantità di calore assorbita in maniera reversibile dal sistema a temperatura T).

T è la temperatura assoluta.

In un sistema chiuso, che non può scambiare materia con l’ambiente esterno ma solo energia, è sufficiente valutare la differenza di energia libera tra stato iniziale e stato finale (ΔG = ΔH - TΔS).

Cos’è una soluzione solida? Le soluzioni solide sono fasi solide in cui un componente è mescolato all’altro in porzioni variabili. Gli atomi, gli ioni o le molecole di un componente sono accomodati nella struttura dell’altro, senza modificarla.

Cos’è il punto eutettico? La coesistenza di più fasi richiede che il sistema sia invariante, ovvero che non abbia alcun grado di libertà. Questo è individuato da un punto, detto punto eutettico. Infatti, il punto eutettico è un punto invariante in cui ho la coesistenza di più fasi. Il punto eutettico è il punto a temperatura più bassa, nel quale esiste il liquido puro senza la formazione di altre fasi solide. Questo liquido si trasforma in una fase solida composta da S₁ e S₂.

Cosa si può calcolare con la regola della leva inversa? La regola della leva inversa ci permette di calcolare le frazioni delle fasi in qualsiasi regione bifasica se si conoscono temperatura e composizione e se si ammette che sia stato raggiunto l'equilibrio.

La regola della leva inversa è: s_i = X₃ - L₃ / S₃ - L₃ = L₃ - X_i / L₃ - S₃.

X_i è la frazione del componente B nel sistema totale.

L₃ e S₃ sono la frazione del componente B rispettivamente nella fase liquida e nella fase solida alla temperatura T₃.

Quale legge mette in relazione la curvatura di una superficie con la differenza di pressione rispetto ad una superficie piana? Indicare il significato dei simboli. La legge che mette in relazione la curvatura di una superficie con la differenza di pressione rispetto ad una superficie piana è la legge di Laplace, la cui formula è ΔP = γ(1/r₁ + 1/r₂).

ΔP è la differenza di pressione.

γ è la tensione superficiale tra la superficie e l’esterno.

1/r₁ + 1/r₂ è la somma delle curvature locali della superficie.

Quando si ha a che fare con una superficie sferica la formula diventa: ΔP = 2γ/r.

Cosa si intende per angolo di bagnabilità? L’angolo di bagnabilità è una misura dell’interazione superficiale tra un liquido e un solido in un’interfaccia. Nel caso di un liquido a contatto con un solido, si può quantificare la tendenza del liquido a bagnare il solido mediante l’angolo di bagnabilità θ, definito da una relazione che esprime l’equilibrio delle forze.

Questa relazione è: γ_S = γ_SL + γ_L cosθ.

γ_S è la tensione superficiale del solido rispetto alla fase gassosa (tende ad eliminare l’interfaccia solido-gas).

γ_SL è la tensione superficiale tra il solido e il liquido.

γ_L è la tensione che liquido e gas (tende ad eliminare l’interfaccia solido-gas).

L’angolo di bagnabilità è l’angolo tra la superficie dell’interfaccia solido-gas e la superficie dell’interfaccia liquido-gas nel punto di contatto.

Cosa si intende per diffusione? Per diffusione si intende un processo di trasporto di materia che avviene mediante il movimento degli atomi o delle molecole.

La diffusione tende a uniformare la concentrazione delle specie presenti in un sistema o, piuttosto, tende ad incrementare i gradienti di concentrazione? La diffusione tende a uniformare la concentrazione delle specie presenti in un sistema. Infatti, ogni qualvolta esiste un gradiente di concentrazione in un sistema a più componenti o un gradiente di densità in un sistema monocomponente si verifica un trasporto netto di materia che tende ad annullare tali gradienti.

La velocità di diffusione aumenta o diminuisce all’aumentare della temperatura? La velocità di diffusione aumenta all’aumentare della temperatura.

Qual è il meccanismo principale con cui, al raffreddamento, un liquido si trasforma in un solido o, più generalmente, una fase si trasforma in una fase più stabile? Il meccanismo principale con cui, al raffreddamento, un liquido si trasforma in un solido o, più generalmente, una fase si trasforma in una fase più stabile è quello di solidificazione per cristallizzazione. Questo processo di cristallizzazione si divide in due momenti: una prima fase detta nucleazione (in cui si formano piccoli cristalli grazie alle fluttuazioni termiche nel liquido) e una seconda fase detta accrescimento (in cui i nuclei formatisi si accrescono).

Cosa si intende per sinterizzazione? La sinterizzazione è un processo attraverso il quale un aggregato di particelle distinte l'una dall'altra e, in quanto tale, incapace di resistere alle sollecitazioni meccaniche, si trasforma in un solido resistente e denso. Si tratta di un processo in cui si giunge ad una struttura monolitica partendo da particelle solide.

Scrivere la legge di Hooke definendo i simboli usati? Il comportamento elastico ideale è descritto dalla legge di Hooke che stabilisce una relazione di proporzionalità diretta tra sforzo e deformazione.

Legge di Hooke: σ = Cε.

σ è lo sforzo.

C è una costante detta costante elastica.

ε è la deformazione.

Cosa è il modulo di Young? Il modulo di Young è un modulo elastico definito dalla relazione: E = σ/ε.

E è una costante caratteristica del materiale che non dipende dalla forma del provino e consente di prevedere l'allungamento o la compressione di un oggetto in seguito all'applicazione di un carico.

Affermare che un materiale ha un elevato modulo di Young significa dire che è molto o poco rigido? Perché? Affermare che un materiale ha un elevato modulo di Young significa dire che è molto rigido perché più elevato è il modulo di Young, più difficile sarà la deformazione di un determinato materiale per una data sollecitazione.

Con quale meccanismo generale avviene la deformazione plastica in un solido cristallino? La deformazione plastica nei cristalli avviene quasi sempre per scorrimento di una porzione di un cristallo rispetto ad un'altra lungo i piani cristallografici di massimo addensamento e nelle direzioni di maggiore densità atomica, ovvero secondo i sistemi di scorrimento.

Quale è l’effetto più importante della presenza delle dislocazioni nei metalli? La presenza di dislocazioni permette la deformazione plastica dei metalli. Le dislocazioni introducono un meccanismo di deformazione che abbassa moltissimo lo sforzo critico per la deformazione plastica. Questo spiega perché i metalli sono più facilmente deformabili plasticamente.

Cosa si intende per comportamento viscoelastico? Per comportamento viscoelastico si intende l’associazione di un comportamento viscoso al comportamento elastico.

Cosa si intende per “materiale fragile”? Per materiale fragile si intende un materiale che si rompe facilmente.

Cosa si intende per “materiale duttile”? Per materiale duttile si intende un materiale capace di deformarsi significativamente in modo plastico.

Cosa si misura con la prova di creep? Con la prova di creep si misura la deformazione nel tempo di un provino sottoposto ad un carico costante, al di sopra di una certa temperatura.

Cosa determina, nei materiali fragili, la drastica riduzione dello sforzo di frattura reale rispetto a quello teorico? A determinare, nei materiali fragili, la drastica riduzione dello sforzo di frattura reale rispetto a quello teorico è la presenza di difetti (fessurazioni, cricche, discontinuità).

Cosa si intende per dilatazione termica? Per dilatazione termica si intende il fenomeno per cui un corpo che assorbe energia sotto forma di calore, generalmente si dilata a causa dell’aumento della sua temperatura.

Cosa s’intende per resistenza allo shock termico? Per resistenza allo shock termico si intende la capacità di un materiale di resistere a variazioni brusche di temperatura senza subire danni o deformazioni significative. La resistenza allo shock termico di un materiale si determina sottoponendolo ad una serie di cicli di riscaldamento-raffreddamento fino a che non sono evidenti segni di cedimento, oppure si fissa un numero di cicli dopo i quali si valuta se il materiale ha resistito o meno.

Lo shock termico è critico per i materiali fragili, per quelli duttili, o per entrambi? Perché? Lo shock termico è generalmente più critico per i materiali fragili rispetto a quelli duttili. Questo è dovuto alle differenze nella risposta dei due tipi di materiali alle variazioni di temperatura. Infatti, i materiali fragili tendono ad avere una bassa resistenza agli shock termici perché sono più suscettibili alla rottura sotto carichi di tensione. Durante un rapido cambiamento di temperatura, si sviluppano gradienti termici all'interno del materiale, che possono provocare tensioni interne. Nei materiali fragili, queste tensioni possono causare la formazione di crepe e quindi portare il materiale alla rottura. I materiali duttili invece hanno una maggiore capacità di deformarsi senza rompersi. Anche se possono subire deformazioni permanenti a causa di gradienti termici, tendono a sopportare meglio gli shock termici senza subire una rottura.

In un sistema elettrochimico in cui vi sono un catodo ed un anodo, quale dei due è soggetto a corrosione? In un sistema elettrochimico in cui vi sono un catodo ed un anodo, è l’anodo ad essere soggetto a corrosione.

Cosa si intende per passivazione di un metallo? La passivazione di un metallo è il fenomeno per cui, in seguito alla corrosione, si forma sulla superficie del metallo uno strato costituito dai prodotti della reazione che ha un effetto protettivo, inibendo l’ulteriore corrosione.

Quale/i, tra i seguenti materiali, ceramici, vetri, metalli, polimeri, è/sono soggetti a corrosione elettrochimica? Tra i seguenti materiali, sono soggetti a corrosione elettrochimica i metalli perché si tratta di un tipo di corrosione che interessa solo i conduttori elettrici o i semiconduttori.

Si corrode, in generale, più facilmente un metallo con potenziale standard di elettrodo elevato o basso? I materiali con valori più negativi di potenziale standard sono più facilmente corrodibili rispetto a materiali con valori positivi di potenziale standard.

Da quali elementi principali è costituito l’acciaio? L’acciaio è costituito principalmente dalla lega ferro-carbonio.

Cosa si intende per ghisa? Le ghise sono leghe ferro-carbonio con un contenuto di carbonio normalmente compreso tra 2,5 e 4% ed altri elementi in lega che ne determinano la microstruttura.

Cosa si intende per processo di tempra di un acciaio? La tempra è un processo che si realizza attraverso un riscaldamento di austenizzazione seguito da un raffreddamento rapido ottenuto per immersione del pezzo in un mezzo refrigerante.

Quale è la materia prima principale per la produzione di un ceramico tradizionale? La materia prima principale per la produzione di un ceramico tradizionale è l’argilla.

Quali ossidi principali sono presenti in un comune vetro da lastre? Gli ossidi principali presenti in un vetro da lastre sono: l’ossido di sodio, l’ossido di calcio, ossido di magnesio, ossido di alluminio e ossido silicio.

Cosa si intende per “vetro temprato”? Per vetro temprato si intende un vetro che ha subito un trattamento termico per aumentare la sua resistenza superficiale.

Quali sono le principali materie prime per la fabbricazione del clinker di cemento Portland? Le principali materie prime per la fabbricazione del clinker di cemento Portland sono l’argilla e il calcare.

Cosa sono i cementi di miscela (o cementi compositi)? I cementi di miscela sono leganti idraulici composti di cemento Portland e di una o più aggiunte minerali che prendono parte alle reazioni di idratazione. Le aggiunte minerali possono essere mescolate o macinate insieme al clinker di Portland.

Cos’è il calcestruzzo? Il calcestruzzo è un conglomerato artificiale costituito da una miscela di legante (a cemento), acqua e aggregati fini e grossi (sabbia e ghiaia) con l'aggiunta, secondo le necessità, di additivi e/o aggiunte minerali che influenzano le caratteristiche fisiche o chimiche oltre che le prestazioni del conglomerato sia fresco che indurito.

Struttura

Cosa si intende per cella unitaria di un reticolo cristallino? Per cella unitaria di un reticolo cristallino si intende la più piccola unità ordinata che si ripete uguale in tutto lo spazio occupato dal reticolo cristallino.

Perché la struttura cubica a facce centrate e quella esagonale compatta hanno lo stesso fattore di impaccamento? Immaginiamo di sovrapporre ad uno strato compatto di sfere di uguali dimensioni un secondo strato in modo da occupare il minimo volume possibile. Notiamo che esiste un solo modo per farlo ovvero sistemando le sfere del secondo strato negli avvallamenti lasciati dalle sfere del primo strato. La sovrapposizione efficiente di un terzo strato invece lascia due alternative che portano a due strutture diverse ma con lo stesso fattore di impaccamento. Infatti, le sfere del terzo strato possono sovrapporsi esattamente a quelle del primo strato dando luogo così alla struttura esagonale compatta oppure possono essere sfalsate rispetto a quelle del primo strato dando luogo così alla struttura cubica a facce centrate. Entrambe queste strutture