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a Ciclo Unico
Scuola di Scienze
CHIMICA
Insegnamento
CHIMICA DEI COLLOIDI
SCP5071358, A.A. 2019/20

Informazioni valide per gli studenti immatricolati nell'A.A. 2019/20

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea in
CHIMICA
SC1156, ordinamento 2014/15, A.A. 2019/20
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Crediti formativi 6.0
Tipo di valutazione Voto
Denominazione inglese COLLOID CHEMISTRY
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Scienze Chimiche
Obbligo di frequenza No
Lingua di erogazione ITALIANO
Sede PADOVA
Corso singolo È possibile iscriversi all'insegnamento come corso singolo
Corso a libera scelta È possibile utilizzare l'insegnamento come corso a libera scelta

Docenti
Responsabile SILVIA GROSS CHIM/03

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
CARATTERIZZANTE Discipline chimiche inorganiche e chimico-fisiche CHIM/03 6.0

Organizzazione dell'insegnamento
Periodo di erogazione Secondo semestre
Anno di corso I Anno
Modalità di erogazione frontale

Tipo ore Crediti Ore di
didattica
assistita
Ore Studio
Individuale
LEZIONE 6.0 48 102.0

Calendario
Inizio attività didattiche 02/03/2020
Fine attività didattiche 12/06/2020
Visualizza il calendario delle lezioni Lezioni 2019/20 Ord.2014

Syllabus
Prerequisiti: Conoscenze di termodinamica e termochimica. Energia libera di Gibbs, entalpia, entropia. Conoscenze di base di chimica dei polimeri. Diffusione e leggi di Fick. Interazioni di van der Waals. Equazioni differenziali, derivate, integrali. Corsi fondamentali della Laurea in Chimica, Chimica Industriale e Scienza dei Materiali, con particolare riferimento ai contenuti dei corsi di Matematica, Chimica Generale ed Inorganica, Chimica Organica I, Chimica Analitica I, Chimica Fisica I, Chimica Fisica II, Fisica II.
Conoscenze e abilita' da acquisire: 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 m, 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 descritte, 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 stabile ed b) analitici per caratterizzarla. Il corso fornirà inoltre agli studenti conoscenza relative alla sintesi di sistemi colloidali ed alle loro potenzialità applicative. Un obiettivo correlato del corso, che verrà perseguito anche attraverso l’esecuzione di alcuni esercizi in aula, è quello di familiarizzare lo studente con le grandezze fisiche rilevanti dei sistemi colloidali ed il loro significato fisico (es. valore della costante di Hamaker, valore in energia di una tipica interazione attrattiva tra colloidi, valori tipici di tensioni superficiali, valori tipici della lunghezza di Debye ecc.).
Modalita' di esame: Prova orale di durata variabile tra 40 e 60 minuti. Domanda iniziale (peso 60%) su parte relativa alla teoria ed ai modelli. Domanda (peso 30%) relativa alle sintesi. Domanda (peso 10%) relativa alla caratterizzazione e/o a definizioni rilevanti. Il voto viene espresso come media ponderata delle tre domande.
Criteri di valutazione: 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.
Contenuti: 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). Colloidi liofilici e colloidi liofobici. Classificazione di Freundlich.
• Forze ed interazioni in sistemi colloidali. Chimica fisica e termodinamica di superficie e delle interfacce. Tensione superficiale, angolo di contatto, legge di Young.
• 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 Teoria dello scattering (basi)
o Diffusione statica e dinamica di radiazione (Static (SDS) and dynamic light scattering, DLS)
o Diffusione di raggi X a basso (SAXS) e alto (WAXS) angolo
o Determinazione del potenziale zeta e fenomeni elettrocinetici
o Ultracentrifugazione analitica
o Caratterizzazione di particelle colloidali isolate da una sospensione
• Ambiti di applicazioni dei colloidi: chimica degli alimenti, cosmetica, chimica ambientale, detergenza, catalisi, sensoristica, nanobiomedicina.
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento: Didattica frontale. Lucidi Power Point e selezione derivazioni alla lavagna. Esericizi alla lavagna.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio: Appunti e presentazioni powerpoint di lezione, articoli e review indicati dal docente.
Testi di riferimento:
  • P. C. Hiemenenz, R. Rajagopalan, Principles of Colloid and Surface Chemistry. New York: CRC-Marcel Dekker inc., 1997. Consigliato, ma non obbligatorio Cerca nel catalogo

Didattica innovativa: Strategie di insegnamento e apprendimento previste
  • Lecturing
  • Problem based learning
  • Questioning
  • Utilizzo di video disponibili online o realizzati
  • Files e pagine caricati online (pagine web, Moodle, ...)

Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Consumo e produzione responsabili