Physical chemistry of disperse systems and of interfaces
A.A. 2020/2021
Obiettivi formativi
Il corso presenta i principi generali che governano la reattività delle superfici e delle interfasi, facendo riferimento ad esempi tratti dal mondo naturale, dalle applicazioni industriali e dal laboratorio di ricerca. Lo studente apprende inoltre attraverso quali tipi di misure si possa ottenere una caratterizzazione completa di tali sistemi, anche tramite esercitazioni svolte in classe relative a problemi applicativi.
Risultati apprendimento attesi
Al termine del corso, lo studente dovrebbe essere in grado di:
- Definire i concetti di interfase e sistema colloidale, fornendo esempi, nonché descrivere i modelli per la descrizione termodinamica dell'interfase.
- Illustrare il concetto di adsorbimento e l'equazione dell'adsorbimento di Gibbs, nonché distinguere i concetti di fisisorbimento e chemisorbimento. Dovrà inoltre saper presentare i principali modelli di isoterme di adsorbimento ed esemplificare possibili applicazioni.
- Definire la tensione superficiale e presentare tecniche per la sua determinazione sperimentale. Dovrà inoltre saper discutere l'applicazione delle equazioni di Laplace e Kelvin a fenomeni come la capillarità.
- Descrivere le caratteristiche delle superfici solide, nonché illustrare i concetti di bagnabilità ed adesione, presentandone le tecniche di misura e fornendo esempi di applicazione. Dovrà inoltre saper descrivere l'energia superficiale dei solidi ed elencare i modelli per la sua determinazione sperimentale.
- Illustrare la teoria BET e applicarla alla determinazione dell'area superficiale di solidi. Dovrà inoltre saper elencare le tecniche sperimentali per lo studio della porosità dei solidi.
- Discutere i fenomeni di elettrificazione interfasale, con particolare riferimento ai modelli del doppio strato elettrico, nonché distinguere il comportamento di interfasi metalliche e reversibili. Dovrà inoltre saper descrivere il concetto di punto di carica zero ed elencare le tecniche per la sua determinazione sperimentale, nonché descrivere i metodi per la determinazione della dimensione di particelle colloidali. Lo studente dovrà infine saper collegare i concetti di carica superficiale e dimensione delle particelle alla stabilità di una dispersione colloidale.
- Definire i concetti di interfase e sistema colloidale, fornendo esempi, nonché descrivere i modelli per la descrizione termodinamica dell'interfase.
- Illustrare il concetto di adsorbimento e l'equazione dell'adsorbimento di Gibbs, nonché distinguere i concetti di fisisorbimento e chemisorbimento. Dovrà inoltre saper presentare i principali modelli di isoterme di adsorbimento ed esemplificare possibili applicazioni.
- Definire la tensione superficiale e presentare tecniche per la sua determinazione sperimentale. Dovrà inoltre saper discutere l'applicazione delle equazioni di Laplace e Kelvin a fenomeni come la capillarità.
- Descrivere le caratteristiche delle superfici solide, nonché illustrare i concetti di bagnabilità ed adesione, presentandone le tecniche di misura e fornendo esempi di applicazione. Dovrà inoltre saper descrivere l'energia superficiale dei solidi ed elencare i modelli per la sua determinazione sperimentale.
- Illustrare la teoria BET e applicarla alla determinazione dell'area superficiale di solidi. Dovrà inoltre saper elencare le tecniche sperimentali per lo studio della porosità dei solidi.
- Discutere i fenomeni di elettrificazione interfasale, con particolare riferimento ai modelli del doppio strato elettrico, nonché distinguere il comportamento di interfasi metalliche e reversibili. Dovrà inoltre saper descrivere il concetto di punto di carica zero ed elencare le tecniche per la sua determinazione sperimentale, nonché descrivere i metodi per la determinazione della dimensione di particelle colloidali. Lo studente dovrà infine saper collegare i concetti di carica superficiale e dimensione delle particelle alla stabilità di una dispersione colloidale.
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento non può essere seguito come corso singolo. Puoi trovare gli insegnamenti disponibili consultando il catalogo corsi singoli.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Lezioni a distanza, in sincrono, utilizzando la piattaforma MS Teams.
Programma
I contenuti del corso rispecchiano gli obiettivi e i risultati di apprendimento attesi:
· Concetti di interfase e sistema colloidale: loro definizione ed esempi. Descrizione termodinamica dell'interfase.
· Adsorbimento: concetto di adsorbimento e relativa equazione di Gibbs. Fisisorbimento e chemisorbimento e loro distinzione mediante determinazione dell'entalpia di adsorbimento. Isoterme di adsorbimento, loro determinazione sperimentale ed esempi di applicazione nella rimozione di inquinanti.
· Interfasi fluide. Tensione superficiale e sua determinazione sperimentale. Capillarità ed equazioni di Laplace e Kelvin. Monolayers alle superfici fluide ed esempi di loro applicazione (es. film di Langmuir-Blodgett).
· Interfasi solido-liquido. Caratteristiche delle superfici solide. Concetti di bagnabilità ed adesione e loro studio mediante misure di angolo di contatto. Esempi di modifica delle proprietà di bagnabilità ed adesione e loro applicazione. Energia superficiale dei solidi e sua determinazione sperimentale.
· Interfasi solido-gas. fisisorbimento e teoria BET. Metodi sperimentali per la determinazione dell'area superficiale dei solidi, con esercizi. Adsorbimento in materiali porosi e tecniche sperimentali per lo studio della porosità dei solidi.
· Elettrificazione interfasale: origine dei fenomeni di elettrificazione interfasale. Doppio strato elettrico e suoi modelli. Comportamento di interfasi metalliche e reversibili. Il concetto di punto di carica zero, con esempi, e tecniche per la sua determinazione sperimentale. Determinazione sperimentale della dimensione di particelle colloidali mediante tecniche di light scattering. Stabilità di una dispersione colloidale con esempi.
· Concetti di interfase e sistema colloidale: loro definizione ed esempi. Descrizione termodinamica dell'interfase.
· Adsorbimento: concetto di adsorbimento e relativa equazione di Gibbs. Fisisorbimento e chemisorbimento e loro distinzione mediante determinazione dell'entalpia di adsorbimento. Isoterme di adsorbimento, loro determinazione sperimentale ed esempi di applicazione nella rimozione di inquinanti.
· Interfasi fluide. Tensione superficiale e sua determinazione sperimentale. Capillarità ed equazioni di Laplace e Kelvin. Monolayers alle superfici fluide ed esempi di loro applicazione (es. film di Langmuir-Blodgett).
· Interfasi solido-liquido. Caratteristiche delle superfici solide. Concetti di bagnabilità ed adesione e loro studio mediante misure di angolo di contatto. Esempi di modifica delle proprietà di bagnabilità ed adesione e loro applicazione. Energia superficiale dei solidi e sua determinazione sperimentale.
· Interfasi solido-gas. fisisorbimento e teoria BET. Metodi sperimentali per la determinazione dell'area superficiale dei solidi, con esercizi. Adsorbimento in materiali porosi e tecniche sperimentali per lo studio della porosità dei solidi.
· Elettrificazione interfasale: origine dei fenomeni di elettrificazione interfasale. Doppio strato elettrico e suoi modelli. Comportamento di interfasi metalliche e reversibili. Il concetto di punto di carica zero, con esempi, e tecniche per la sua determinazione sperimentale. Determinazione sperimentale della dimensione di particelle colloidali mediante tecniche di light scattering. Stabilità di una dispersione colloidale con esempi.
Prerequisiti
Lo studente deve conoscere la termodinamica e la cinetica classica.
Metodi didattici
Il corso si sviluppa tramite lezioni frontali. Verranno inoltre svolte esercitazioni teoriche in classe.
Materiale di riferimento
- Hans-Jürgen Butt, Karlheinz Graf, Michael Kappl, Physics and Chemistry of Interfaces, Wiley, 2003
- K. S. Birdi, Surface and Colloid Chemistry. Principles and Applications, CRC Press Taylor & Francis Group, 2010.
- Materiale fornito dalla docente.
- K. S. Birdi, Surface and Colloid Chemistry. Principles and Applications, CRC Press Taylor & Francis Group, 2010.
- Materiale fornito dalla docente.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame è orale. Allo studente è innanzitutto chiesto di approfondire un argomento trattato a lezione mediante lo studio e la presentazione di un articolo di letteratura. Il successivo colloquio mira a valutare la comprensione, da parte dello studente, delle logiche generali che regolano i fenomeni di interfase apprese tramite le lezioni in aula.
Docente/i