Sistemi multifase finemente dispersi sono utilizzati nella produzione di diversi tipi di materiali (biomateriali, ceramiche, polimeri e soft matter) e nell'ingegneria di processo (bonifica ambientale, chimica delle formulazioni, sintesi di pigmenti e catalizzatori). Le trasformazioni in tali sistemi sono fortemente influenzate dalla elevata energia superficiale e il loro studio richiede un approccio specifico, in grado di collegare le informazioni provenienti dalla struttura microscopica dell'interfaccia e le proprietà macroscopiche globali della dispersione. Il corso inizia con la descrizione macroscopica dell'interfaccia (meccanica e termodinamica), per poi passare agli aspetti legati alle scale più piccole, ovvero le forze superficiali, la separazione di carica e la struttura delle interfasi. Inoltre, vengono esaminati i meccanismi di trasformazione di una fase dispersa, al fine di prevedere quantitativamente la dinamica di tali processi.

L'obiettivo del corso è fornire agli studenti le conoscenze di base necessarie per comprendere i principali fenomeni che si verificano nei sistemi eterogenei finemente dispersi e per prevedere e controllare quantitativamente la loro dinamica. Al termine del corso, lo studente dovrebbe conoscere i principali meccanismi di cambiamento di una dispersione ed essere in grado di selezionare metodi adeguati per controllare o modificare la distribuzione dimensionale e la morfologia di una fase dispersa.

Gli studenti devono avere una buona conoscenza dei fondamenti di chimica, fisica, termodinamica e matematica.

1. Meccanica e termodinamica delle interfacce (18 h) Tensione superficiale e interfacciale, equazione di Young-Laplace, risalita capillare, tensione e sforzo superficiale nei solidi; angolo di contatto ed equazione di Young; equazione di Kelvin ed effetto della curvatura interfacciale sulla tensione di vapore e sulla solubilità. 2. Caratterizzazione di un sistema disperso (5 h) Dimensione e forma delle particelle. Funzioni distributive della dimensione. 3. Nucleazione e crescita di particelle (9 h) Solubilità e sovrasaturazione. Equazione di Ostwald e dimensione critica. Teoria classica per la nucleazione omogenea ed eterogenea. Ruolo dei processi di trasferimento di materia e calore e della incorporazione superficiale nella velocità di crescita. 4. Forze di Van der Waals (6 h) Forze intermolecolari. Forze di Van der Waals tra particelle colloidali nel vuoto e in un fluido. Relazione con le tensioni superficiali e interfacciali. 5. Trasporto di particelle (3 h) Forze motrici viscose, browniane e gravitazionali per il moto di particelle colloidali. Diffusione di particelle cariche. 6. Effetti elettrici alle interfacce (9 h) Carica superficiale nelle sospensioni acquose e doppio strato elettrico. Equazione di Poisson-Boltzmann, distribuzione del potenziale e della carica elettrica. Fenomeni elettrocinetici e potenziale zeta. Forze di doppio strato elettrico tra particelle colloidali. 7. Agglomerazione e rottura (12 h) Stabilizzazione elettrostatica e sterica delle dispersioni. Aggregazione-coalescenza: cinetica e meccanismi (browniano, moto di taglio, turbolento, inerziale). Breakup di agglomerati e particelle. Forze di adesione e teorie del contatto.

Il corso è organizzato in lezioni e esercitazioni di calcolo dedicate alla soluzione di semplici problemi.

Le slide del corso sono disponibili sul portale della didattica. Il testo suggerito è: J.C. Berg, An Introduction to Interfaces and Colloids: The Bridge to Nanoscience, World Scientific. Altri libri consigliati sono: H.J. Butt, K. Graf, M. Kappl, Physics and Chemistry of Interfaces, Wiley-VCH. P.C. Hiemenz, R. Rajagopalan, Principles of Colloid and Surface Chemistry, CRC Press. J.W. Mullin, Crystallization, Butterworth

Slides;

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;

Exam: Written test; Optional oral exam;

... L'esame mira ad accertare la conoscenza degli argomenti elencati nel programma del corso e la capacità di applicare la teoria e i relativi metodi di calcolo alle applicazioni pratiche. Il percorso normale per superare l’esame comprende una prova scritta seguita da una discussione orale facoltativa. La parte scritta dell’esame contiene brevi domande teoriche, per accertare la conoscenza degli aspetti fondamentali della materia, e semplici problemi numerici per verificare la capacità di prevedere quantitativamente la risposta di un sistema. Durante la prova non è consentito tenere o consultare appunti, dispense o libri. L'esito dell'esame viene comunicato sul portale della didattica insieme alla data in cui gli studenti possono visionare il test e sostenere l'esame orale facoltativo. Dopo la prova scritta, l'esame può concludersi (in questo caso il voto massimo è 27/30) oppure può proseguire con un ulteriore test orale, che mira a valutare in modo approfondito la comprensione della materia e la capacità di applicare i risultati teorici. E’ possibile anche seguire un percorso di esame alternativo, in cui la prova scritta è sostituita da quattro relazioni di calcolo estese da svolgere durante il corso. Una relazione è individuale, mentre le altre sono svolte in piccoli gruppi. In questo caso, però, l'esame orale è obbligatorio ed è utilizzato per valutare il contributo individuale alle relazioni, la conoscenza degli aspetti teorici del corso, la capacità di applicare le informazioni acquisite. Le relazioni e la prova orale contribuiscono in egual misura al punteggio finale.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.