Presentazione

Organizzazione della Didattica

DM270
CHIMICA ORD. 2014


6

Corsi comuni

 

Frontali Esercizi Laboratorio Studio Individuale
ORE: 48 0 0 98

Periodo

AnnoPeriodo
I anno2 semestre

Frequenza

Obbligatoria

Erogazione

Convenzionale

Lingua

Italiano

Calendario Attività Didattiche

InizioFine
27/02/201709/06/2017

Tipologia

TipologiaAmbitoSSDCFU
caratterizzanteDiscipline chimiche inorganiche e chimico-fisicheCHIM/036


Responsabile Insegnamento

ResponsabileSSDStruttura
Dott.ssa GROSS SILVIAN.D.Dipartimento di Scienze Chimiche

Altri Docenti

Non previsti.

Attività di Supporto alla Didattica

Non previste.

Bollettino

Corsi fondamentali della Laurea in Chimica e Chimica Industriale, con particolare riferimento ai contenuti dei corsi di Chimica Generale ed Inorganica, Chimica Organica I, Chimica Analitica I, Chimica Fisica I.

I colloidi rappresentano un’ampia ed eterogenea classe di sistemi, dimensionalmente collocati tra il molecolare ed i sistemi macroscopici (colloidi tra 1 nm e 1 μm, IUPAC), estremamente pervasiva e di elevata rilevanza non solo dal punto di vista strettamente chimico, ma anche tecnologico, ambientale e biologico. Il corso vuole offrire un’introduzione alla chimica e dei colloidi e delle dispersioni colloidali, alla chimica di superficie e delle interfacce, contestualizzando quali siano le condizioni ed i parametri rilevanti nel definire la stabilità di una dispersione colloidale. Si prefigge inoltre di trattare i principali approcci sintetici ed analitici per la preparazione, l’eventuale funzionalizzazione e la caratterizzazione di un sistema colloidale. Il corso è diviso in due parti. In particolare, la prima parte del corso si focalizzerà sui modelli, sui criteri e le condizioni per definire la stabilità di una dispersione colloidale, evidenziando la complessa interazione di vari parametri chimico-fisici e sperimentali nel determinare tale stabilità. Verranno introdotti la terminologia e la classificazione relativa ai sistemi colloidali e successivamente descritti le principali teorie utilizzati nel descrivere la stabilità colloidale, la termodinamica e la cinetica delle sospensioni colloidali, le condizioni che portano alla destabilizzazione di una dispersione colloidale ed i fenomeni ad essa correlati (flocculazione, coaugulazione, sedimentazione, Ostwald ripening, coalescenza, creaming). Particolare enfasi verrà data alla teoria DLVO a partire dalle interazioni (elettrostatiche e di van der Waals) che ne costituiscono la base. Nella seconda parte del corso verranno invece affrontati aspetti legati alla sintesi, alla funzionalizzazione, alla caratterizzazione ed all’utilizzo di dispersioni colloidali. Il corso di prefigge quindi di fornire agli studenti gli strumenti metodologici e teorici per comprendere la natura e la stabilità di un sistema colloidale, nonché possibili approcci a) sperimentali e sintetici per ottenere una dispersione colloidale ed b) analitici per caratterizzarla.

Didattica frontale.

Parte A: Chimica, termodinamica e stabilità di sistemi colloidali • I colloidi, la dimensione trascurata: introduzione storica ed evoluzione del concetto di colloide. • Definizione, classificazione e natura delle dispersioni colloidali. Caratteristiche fisiche rilevanti di un colloide (forma, dimensione, aggregazione, polidispersione, concentrazione). • Forze ed interazioni in sistemi colloidali. Chimica fisica e termodinamica di superficie e delle interfacce. Diffusione, moto browniano. Tensione superficiale, angolo di contatto. Stabilità cinetica e termodinamica delle dispersioni colloidali. Chimica di superficie e carica superficiale nei sistemi colloidali, IEP, potenziale zeta. Modelli del doppio strato elettrico. Equazione di Poisson-Boltzmann, approssimazione di Debye-Hückel, teoria Gouy-Chapman. Lunghezza di Debye e suo significato fisico. Ioni determinanti il potenziale, adsorbimento specifico di ioni. Interazioni di colloidi, effetto di elettroliti. Interazioni di van der Waals. Interazioni di vdW a livello macroscopico. Costante di Hamaker. Teoria Derjaguin-Landau-Vervey- Overbeek (DLVO). Meccanismi di aggregazione e destabilizzazione di una sospensione colloidale: flocculazione/ coaugulazione, sedimentazione, Ostwald ripening, coalescenza. Concentrazione critica di coagulazione. Teoria della coaugulazione (lenta e rapida). Rapporto di stabilità di Fuchs. Regola di Schulze-Hardy. Peptizzazione. Stabilizzazione sterica di colloidi e aspetti termodinamici. Temperatura critica di flocculazione. • Molecole anfifiliche e tensioattivi (surfactants): definizione, natura, tipologie, sintesi, parametro HLB (Hydrophilic-lipophilic balance). Micelle, termodinamica di micellizzazione (critical micelle concentration, cmc). Colloidi di associazione (association colloids). • Metodi per la modellizzazione della soft matter. Parte B: sintesi, funzionalizzazione, caratterizzazione ed applicazioni • Pervasività dei colloidi nella vita quotidiana e nell’industria. • Strategie generali di sintesi di sistemi colloidali: metodi di dispersione, metodi di nucleazione/crescita. Emulsioni, microemulsioni, miniemulsioni: caratteristiche, peculiarità, approcci sintetici ed applicazioni. • Ulteriori metodi di sintesi di colloidi (seeded growth, nucleazione da soluzione, metodi assistiti da laser, sonochimica ecc.) • Strategie di funzionalizzazione di superfici di colloidi: individuazione dei gruppi funzionali ed approcci sintetici. • Metodologie di caratterizzazione chimico-fisica di sospensioni colloidali e di solidi da esse isolati o Diffusione statica e dinamica di radiazione (Static (SDS) and dynamic light scattering, DLS) o Determinazione del potenziale zeta o Viscosimetria, UV-Vis, turbidimetria…. o Cenni di reologia o Ultracentrifugazione analitica o Caratterizzazione di particelle colloidali isolate da una sospensione o Breve excursus su altre metodologie analitiche in ambito colloidale • Ambiti di applicazioni dei colloidi: chimica degli alimenti, cosmetica, chimica ambientale, detergenza, catalisi, sensoristica,

Prova orale.

Lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito le nozioni fondamentali fornite a lezione per comprendere la natura di una dispersione colloidale e prevederne la stabilità. In questo contesto, criteri di valutazione saranno il rigore quantitativo nelle dimostrazioni, la proprietà ed il rigore terminologico, il grado di approfondimento degli argomenti, la capacità di istituire nessi tra argomenti diversi trattati nel corso e di proporre, sulla base delle conoscenze acquisite a lezione, eventuali strategie per la preparazione e lo studio di una particolare dispersione colloidale.

Cosgrove, Terence, Colloid science - principles, methods and applications. Chichester: John Wiley & sons, 2010 P. C. Hiemenenz, R. Rajagopalan, Principles of Colloid and Surface Chemistry. : CRC,

Appunti e presentazioni powerpoint di lezione, articoli e review indicati dal docente.