Polymorphism and crystal forms in industry
A.A. 2026/2027
Obiettivi formativi
The course is designed to provide students with a comprehensive understanding of the fundamental principles governing of solid-state chemistry of crystal forms. Key topics include polymorphic behavior, thermodynamics and kinetics of phase transitions, polymorphism, and crystallization techniques, equipping students with the necessary knowledge to tackle solid-state challenges in industrial applications.
Additionally, the course will introduce essential analytical techniques for solid-state characterization, covering X-ray powder diffraction (both laboratory scale and synchrotron radiation), X-ray fluorescence, thermal analyses, hot-stage microscopy, and advanced combined or in situ techniques. By the end of the course, students will develop the analytical skills required to independently address qualitative and quantitative solid-state problems of industrial relevance.
Additionally, the course will introduce essential analytical techniques for solid-state characterization, covering X-ray powder diffraction (both laboratory scale and synchrotron radiation), X-ray fluorescence, thermal analyses, hot-stage microscopy, and advanced combined or in situ techniques. By the end of the course, students will develop the analytical skills required to independently address qualitative and quantitative solid-state problems of industrial relevance.
Risultati apprendimento attesi
By the end of the course, students will be able to analyze and solve common qualitative and quantitative solid-state challenges relevant to industrial applications. They will gain the ability to describe and interpret phase transitions, polymorphic behavior, and crystallization processes, as well as to apply best practices for crystallization and solid-state optimization in the production of pharmaceuticals, pigments, and other industrially relevant materials.
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
Parte 1 (3 CFU): principi della diffrazione dei raggi X. Analisi mediante diffrazione di raggi X da polveri: introduzione, strumentazione e aspetti pratici. Analisi qualitativa mediante diffrazione di raggi X da polveri. Analisi quantitativa di miscele multifase mediante l'impiego del metodo RIR e del raffinamento Rietveld. Banche dati per la diffrazione di raggi X da polveri e loro utilizzo nell'analisi di fase. Standard NIST per la diffrazione di raggi X da polveri. Proprietà microstrutturali. Radiazione di sincrotrone: differenze rispetto alle sorgenti di laboratorio e applicazioni in ambito industriale. Analisi mediante fluorescenza a raggi X. Metodi qualitativi e quantitativi. Analisi termiche: principi. Termogravimetria e calorimetria differenziale: teoria e applicazioni. Microscopia hot-stage: principi e applicazioni.
Parte 2 (3 CFU): chimica dello stato solido nell'industria farmaceutica e dei pigmenti. Polimorfismo e transizioni di fase. Tecniche di cristallizzazione. Caratterizzazione termodinamica e cinetica delle forme solide. Applicazione della diffrazione di raggi X da polveri e delle analisi termiche allo studio di sistemi polimorfici. Importanza dello stato amorfo. Impiego della radiazione di sincrotrone per la determinazione di contaminazioni polimorfiche. Tecniche di cristallizzazione continua. Esempi di problematiche di rilevanza industriale relative alla caratterizzazione dello stato solido e delle forme cristalline.
Parte 2 (3 CFU): chimica dello stato solido nell'industria farmaceutica e dei pigmenti. Polimorfismo e transizioni di fase. Tecniche di cristallizzazione. Caratterizzazione termodinamica e cinetica delle forme solide. Applicazione della diffrazione di raggi X da polveri e delle analisi termiche allo studio di sistemi polimorfici. Importanza dello stato amorfo. Impiego della radiazione di sincrotrone per la determinazione di contaminazioni polimorfiche. Tecniche di cristallizzazione continua. Esempi di problematiche di rilevanza industriale relative alla caratterizzazione dello stato solido e delle forme cristalline.
Prerequisiti
È richiesta la conoscenza dei concetti di base della chimica organica e della struttura molecolare, nonché delle nozioni di matematica e calcolo numerico previste dal programma del primo anno.
Sono inoltre consigliati come propedeutici i seguenti insegnamenti:
· Chimica generale e inorganica /Chimica Organica 1
· Complementi di matematica e calcolo numerico.
Sono inoltre consigliati come propedeutici i seguenti insegnamenti:
· Chimica generale e inorganica /Chimica Organica 1
· Complementi di matematica e calcolo numerico.
Metodi didattici
L'approccio didattico prevede una combinazione di metodi per migliorare l'apprendimento e il coinvolgimento. Le lezioni frontali con proiezione di slides prevedono l'erogazione strutturata dei contenuti, integrati da spiegazioni alla lavagna per una comprensione più approfondita. Esercitazioni guidate, inclusi casi di studio, consentono l'applicazione pratica dei concetti con il supporto del docente.
Il coinvolgimento interattivo potrà essere favorito anche attraverso l'uso di un'app, che consente l'interazione in tempo reale con la classe. Domande semplici potranno essere poste in modo anonimo per valutare immediatamente la comprensione, facilitare la partecipazione attiva e consentire un rapido feedback. Sessioni pratiche con i computer verranno all'occorrenza sfruttate per offrire esperienza pratica, in cui gli studenti applicano i metodi appresi a casi di studio reali.
Il coinvolgimento interattivo potrà essere favorito anche attraverso l'uso di un'app, che consente l'interazione in tempo reale con la classe. Domande semplici potranno essere poste in modo anonimo per valutare immediatamente la comprensione, facilitare la partecipazione attiva e consentire un rapido feedback. Sessioni pratiche con i computer verranno all'occorrenza sfruttate per offrire esperienza pratica, in cui gli studenti applicano i metodi appresi a casi di studio reali.
Materiale di riferimento
· Fundamentals of Powder Diffraction and Structural Characterization of Materials, 2nd Edition, V. K. Pecharsky e P. Y. Zavalij.
· Powder Diffraction: Theory and Practice, R. E. Dinnebier e S. J. L. Billinge.
· Polymorphism in Molecular Crystals, J. Bernstein.
· Polymorphism in the Pharmaceutical Industry, R. Hilfiker.
· Introduction to Thermal Analysis: Techniques and Applications, M. E. Brown.
Il materiale didattico comprende inoltre le presentazioni utilizzate durante le lezioni e il materiale predisposto dalla docente sugli argomenti trattati in aula.
· Powder Diffraction: Theory and Practice, R. E. Dinnebier e S. J. L. Billinge.
· Polymorphism in Molecular Crystals, J. Bernstein.
· Polymorphism in the Pharmaceutical Industry, R. Hilfiker.
· Introduction to Thermal Analysis: Techniques and Applications, M. E. Brown.
Il materiale didattico comprende inoltre le presentazioni utilizzate durante le lezioni e il materiale predisposto dalla docente sugli argomenti trattati in aula.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
Esame scritto: l'insegnamento prevede una prova finale con attribuzione di un voto. L'esito della prova è espresso in trentesimi; l'esame si considera superato se il candidato consegue una votazione pari o superiore a 18/30.
La prova verte sugli argomenti trattati durante il corso e comprende almeno due domande aperte relative alla parte teorica e almeno due esercizi di analisi qualitativa e/o quantitativa. A ciascuna domanda o esercizio viene attribuito un punteggio specifico, commisurato alla complessità e all'estensione della prova, per un totale di 30 punti.
La prova verte sugli argomenti trattati durante il corso e comprende almeno due domande aperte relative alla parte teorica e almeno due esercizi di analisi qualitativa e/o quantitativa. A ciascuna domanda o esercizio viene attribuito un punteggio specifico, commisurato alla complessità e all'estensione della prova, per un totale di 30 punti.
Docente/i
Ricevimento:
su appuntamento
Ufficio personale