Il 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.

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.

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

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.

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

Esame individuale scritto e/o orale.