La prima parte del corso consiste in una introduzione alla chimica fisica dei sistemi finemente dispersi. Tali sistemi sono ampiamente utilizzati sia nella ingegneria di processo (trattamenti ambientali, chimica delle formulazioni, sintesi di pigmenti e catalizzatori), sia nella produzione di diverse tipologie di materiali (biomateriali, ceramici, polimeri e soft matter).
I meccanismi che regolano le trasformazioni dello stato disperso risentono della sua elevata energia superficiale e il loro studio richiede un metodo e una tecnica particolare, capace di legare la struttura molecolare microscopica della zona interfacciale alle proprietà macroscopiche globali del sistema. La trattazione inizierà pertanto dalla modellazione macroscopica, utilizzata per descrivere la meccanica e la termodinamica dell'interfaccia, e poi evolverà verso gli aspetti legati alla scale più piccole: struttura dell'interfaccia e forze superficiali. Sarà inoltre introdotto il formalismo del bilancio di popolazione per predire l'evoluzione di una fase dispersa.
La seconda parte del corso è relativa alla applicazione di metodi molecolari per la predizione di proprietà di sistemi fluidi. In questo parte vengono introdotti i fondamenti della meccanica statistica e quantistica e descritti i principali metodi di predizione delle proprietà termodinamiche e di trasporto basati sulla analisi della struttura atomica e molecolare delle sostanze.

Il corso si propone di fornire le competenze per comprendere i principali fenomeni che hanno luogo nei sistemi finemente dispersi per poterne prevederne quantitativamente il comportamento ed essere in grado di determinarne l'evoluzione. Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà essere in grado di:
- comprendere i principali fenomeni che influenzano la dinamica dei sistemi dispersi;
- individuare i metodi più adatti per rendere stabile/instabile una micro o nano dispersione in funzione del tipo di applicazione e della natura delle fasi presenti;
- conoscere i principali meccanismi evolutivi di una dispersione e sapere come agire per controllare o modificare la distribuzione granulometrica e la morfologia della fase dispersa.
Nella seconda parte del corso sono introdotti i metodi di stima delle proprietà termodinamiche e di trasporto di un fluido a partire dalla struttura molecolare. In questo caso ci si aspetta che lo studente, oltre a conoscere i rudimenti della meccanica statistica e quantistica, sia in grado di scegliere e di utilizzare la tecnica appropriata per la proprietà di interesse.

Lo studente deve possedere una cultura scientifica solida, con particolare riferimento a conoscenze di base nel settore della Chimica, Fisica, Termodinamica e Analisi matematica.

Parte 1: Chimica fisica dei sistemi dispersi (60 ore)
1: Meccanica e termodinamica dell'interfaccia (10 ore)
Tensione interfacciale, equazione di Young-Laplace, risalita capillare, angolo di contatto; adsorbimento e relazione di Gibbs; equazione di Kelvin e condensazione capillare; effetti dinamici sulla tensione superficiale e sull'angolo di contatto.
2: Struttura dell'interfaccia solido-liquido e doppio strato elettrico (10 ore)
Meccanismi di generazione della carica superficiale; distribuzione degli ioni e della carica elettrica; potenziale Z e fenomeni elettrocinetici
3: Forze interfacciali nei sistemi dispersi (20 ore)
Forze di Van der Waals; Forze elettriche di doppio strato; Stabilizzazione elettrostatica delle sospensioni colloidali e teoria DLVO; Aggregazione-coalescenza: cinetica e meccanismi (browniano, per moto di taglio; turbolento, per inerzia); Stabilizzazione sterica; Forze strutturali; Forze capillari
4: Evoluzione di un sistema disperso (20 ore)
Nucleazione: primaria omogenea ed eterogenea; secondaria. Accrescimento e dissoluzione. Introduzione al metodo del bilancio di popolazione: caratterizzazione di una popolazione; equazioni di bilancio; meccanismi di evoluzione.
Parte 2: Struttura molecolare e proprietà (40 ore)
1: Cenni su struttura atomica e molecolare (6 ore)
Richiami su meccanica quantistica, equazione di Schrödinger, funzioni d'onda, struttura atomica e spettri, struttura molecolare e orbitali, forze intermolecolari
2: Elementi di termodinamica statistica (8 ore)
Distribuzione degli stati molecolari, funzione di partizione, relazione con la termodinamica classica.
3: Metodi per la stima proprietà termodinamiche e di trasporto (14 h)
QSPR, Monte Carlo, Dinamica Molecolare
4: Applicazioni (12 h)
Proprietà di fluidi puri, miscele e struttura dell'interfaccia solido-liquido.

Esercitazioni di calcolo sugli argomenti sviluppati a lezione

Sono elencati alcuni libri di riferimento. Il docente indicherà di volta in volta l'opportuna bibliografia.
D.J. Shaw, Introduction to Colloid and Surface Chemistry, Butterworth, 1992.
J. Lyklema, Fundamentals of Interface and Colloids Science, Academic Press, 1991.
J.N. Israelavchili, Intermolecular and Surface Forces, Academic Press, 1992.
J.W. Mullin, Crystallization, Butterworth, 2001
Hill, T.L., Introduzione alla Termodinamica Statistica, Piccin.
Berendsen, H.J.C., Simulatine the Physical World, Cambridge University Press
Frenkel, Smit, Understanding Molecular Simulation, Academic Press

Esame individuale scritto e/o orale.