COLLOIDS AND INTERFACES

L’insegnamento (modulo 1 del corso) fa parte delle attività formative caratterizzanti del corso di laurea Magistrale in Science and Technology of Bio and Nanomaterials che consente allo studente di acquisire alcuni concetti base di chimica fisica delle superfici e di sistemi colloidali. L'obiettivo dell’insegnamento è fornire conoscenze sui colloidi e le loro proprietà, con l'obiettivo finale di comprendere la struttura e il comportamento di un ampio gruppo di sistemi complessi che sono usati per molte applicazioni industriali (cibo, farmaceutica, cosmetica, vernici…) e nella recenti nano-bio tecnologie.
Il modulo 2 del corso fornisce agli studenti le basi per la comprensione delle proprietà delle superfici e sistemi colloidali nanostrutturati e per valutarne la stabilità. Le esperienze pratiche di laboratorio sono incentrate sulla sintesi di nanoparticelle e/o molecole in grado di dare fenomeni di associazione in soluzione, studio e l’analisi delle loro proprietà di aggregazione e della stabilità colloidale da un punto di vista molecolare. L’insegnamento è fondamentale all’interno del corso di studio in quanto lo studente può cimentarsi in prima persona nella preparazione di sistemi nanometrici di diversa natura, comprendendone e misurandone le proprietà di interazione reciproca, ed eseguendo la relativa caratterizzazione in soluzione.

1. Conoscenza e comprensione:
a) Conoscere le proprietà di una superficie;
b) Conoscere le proprietà di sistemi colloidali;
c) Conoscere i diversi tipi di interazioni attrattive deboli che influenzano l’aggregazione in soluzione;
d) Conoscere i metodi di preparazione dei vari sistemi nanometrici in soluzione e relativi metodi di caratterizzazione;
e) Dimostrare una discreta manualità pratica e una necessaria sicurezza operativa

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
a) Saper interpretare spettri di light scattering;
b) Saper determinare l’area superficiale specifica da misure di fisisorbimento;
c) Saper scegliere il miglior tensioattivo per una data emulsione;
d) Saper mettere in relazione tra loro le esperienze di laboratorio ed i relativi risultati cogliendo tra questi punti di contatto, somiglianze e specificità;
e) Conoscere ed aver appreso le tecniche strumentali di indagine affrontate nel corso del laboratorio.

3. Capacità di giudizio:
a) Saper valutare criticamente informazioni ottenute su superfici e sistemi colloidali;
b) Saper scegliere la tecnica di indagine opportuna per la caratterizzazione dei sistemi colloidali;
c) Saper proporre degli esperimenti opportuni per la preparazione di nanoparticelle e di sistemi supramoelcolari aggreganti e la loro caratterizzazione.

4. Abilità comunicative
a) Saper usare in maniera appropriata la terminologia e la simbologia sviluppata durante il corso;
b) Saper interagire con il docente e i compagni di corso in maniera attiva, in modo che la comunicazione avvenga in maniera costruttiva e formalmente corretta;
c) Saper comunicare costruttivamente con il docente e con i compagni di laboratorio durante le esperienze mantenendo sempre un elevato livello di attenzione e di comprensione chimica sul lavoro sperimentale che si sta seguendo, utilizzando la terminologia e la nomenclatura corrette, in modo il più possibile sintetico ma esaustivo, con sufficiente sicurezza espositiva.

5. Capacità di apprendimento:
a) Saper prendere degli appunti in maniera rigorosa, evidenziando i concetti appresi in base alla loro importanza;
b) Saper integrare il materiale didattico fornito dal docente con appunti propri chiari;
c) Saper registrare nel corso delle esperienze i risultati sperimentali e le variazioni macroscopiche e cromatiche osservate e metterle in relazione con le informazioni acquisite durante la parte teorica del corso e le lezioni introduttive del laboratorio;
d) Saper redigere delle relazioni di laboratorio di gruppo diella lunghezza di qualche pagina che presentino in maniera chiara, succinta ed esaustiva l’obiettivo dell’esperienza, i dati sperimentali e la discussione di questi.

Aver raggiunto gli obiettivi formativi di Chimica Fisica. E’ opportuno che lo studente sia in grado di padroneggiare conoscenze relative al calcolo integrale e differenziale, alla cinematica, alla dinamica e alla termodinamica.
Al fine di garantire una piena comprensione del modulo di laboratorio, è opportuno che lo studente abbia già acquisito gli obiettivi formativi dei corsi fondamentali di Chimica Organica, in particolare quelli relativi alla reattività dei gruppi funzionali, e di Chimica Generale, in quanto sono richieste conoscenze legate alla struttura e reattività inorganica dei materiali.

In relazione agli obiettivi formativi e ai risultati di apprendimento attesi, riportati nelle sezioni relative, i contenuti del Modulo 1 del corso possono essere riassunti:
Colloidi e chimica superficiale: concetti generali. Area superficiale specifica. Sedimentazione e diffusione e loro equilibrio. Equilibri osmotici e di Donnan. Soluzioni termodinamiche. Reologia dei fluidi e delle dispersioni. Static and dynamic light scattering. Tensione superficiale e angolo di contatto.Tensioattivi. Emulsioni. Strutture colloidali. Adsorbimento alle interfacce gas-solido.
In relazione agli obiettivi formativi e ai risultati di apprendimento attesi, i contenuti del Modulo 2 del corso vengono suddivisi come segue:
Lezione 1 e 2: Breve introduzione alla spettrometria di risonanza magnetica nucleare (NMR), teoria e applicazione per l’interpretazione degli spettri, assegnazione dei segnali e studio dell’interazione tra molecole monitorando il valore di chemical shift con la concentrazione e spettri bidimensionali di diffusione.
Lezione 3 e 4: Lezioni sulle interazioni attrattive deboli tra specie chimiche, legame ad idrogeno, interazione elettrostatica, interazione ione-dipolo, interazione tra dipoli, interazioni di van del Waals, interazione tra ioni ed arili, interazione pi-pi, legame ad alogeno, effetto idrofobico classico e non classico.
Lezione 5 e 6: Spiegazione delle esperienze di laboratorio e raccomandazioni sul comportamento da tenere in laboratorio.

Esperienze di laboratorio 1: Determinazione della concentrazione micellare critica di un tensioattivo mediante analisi NMR, analisi spettrofotometrica e analisi conduttimetrica;
Esperienza di laboratorio 2: Preparazione e caratterizzazione di nanomicelle.
Esperienza di laboratorio 3: Sintesi del resorcinarene e studio dell’aggregazione in soluzione e dell’interazione con molecole guest;
Esperienza di laboratorio 4: Preparazione e caratterizzazione di nanoparticelle polimeriche
Esperienza di laboratorio 5: Sintesi e caratterizzazione di cristalli liquidi
Esperienza di laboratorio 6: Preparazione e caratterizzazione qualitativa di rivestimenti superidrofobici.

Appunti di lezione.
Modulo 1: P.C Hiemenz and R. Rajagopalan, Principles of Colloid and Surface Chemistry (Marcel Dekker, 1997).J. Lyklema, Fundamentals of Interface and Colloids Science (Academic Press,1991).D. Myers, Surfaces, Interfaces and Colloids (Wiley-VCH,1999). Autori Vari Chimica Fisica dei colloidi e delle interfasi (CLUP 1985).
Modulo 2: An Introduction to Interfaces and Colloids. The Bridge to Nanoscience, John C. Berg, World Scientific, 2nd Ed. 2012, ISBN: 978-981-4299-82-4
Slides delle presentazioni caricate dal docente sulla piattaforma Moodle.

Modulo 1: La verifica dell’apprendimento avviene tramite una prova scritta basata su tre domande aperte. Ad ogni risposta viene assegnato un massimo di 11 punti. per un punteggio massimo totale di 33 punti. Un punteggio superiore a 31 merita il conseguimento della lode. L’obiettivo di questa prova è verificare che lo studente abbia acquisito i concetti durante le lezioni. La durata di tale prova e di un’ora e mezza dove non viene consentito l’uso di appunti, libri e supporti elettronici.
Modulo 2: E’ necessario che gli studenti frequentino almeno 4 delle 6 giornate di laboratorio e consegnino le relazioni delle esperienze di laboratorio per poter accedere all’esame.
L'esame si svolgerà in modalità orale, durante il quale verrà richiesto allo studente di presentare, mediante l’ausilio di slides, un lavoro scientifico precedentemente concordato che riporti i risultati scientifici di sistemi nanometrici colloidali e/o autoaggreganti. Questa presentazione sarà poi lo spunto per le 3 domande che verranno rivolte allo studente. Le domande avranno sia carattere descrittivo, alle quali lo studente dovrà rispondere dimostrando di conoscere le tematiche del corso, ed altre la cui funzione è accertare che lo studente abbia profondamente compreso la logica, i campi di applicazione, i limiti e le complementarietà delle tecniche di indagine di sistemi colloidali (vedasi risultati di apprendimento attesi). La valutazione delle relazioni di laboratorio contribuirà alla formulazione del voto per la parte di esame relativa al Modulo 2.
Al termine del colloquio il voto di comulativo dell'esame verrà concordato tra i due docenti, Prof. Puppulin e Prof.ssa Fiorani.

Modulo 1: L’insegnamento è organizzato in lezioni frontali.
Modulo 2: Il corso è organizzato in una serie di esperienze pratiche di laboratorio (5-6 in funzione della rapidità di esecuzione dei gruppi per una durata complessiva di 6 giornate di 6 ore ciascuna) che si terranno presso il laboratorio didattico di Chimica Organica, Edificio Beta 1 piano. Queste giornate di laboratorio saranno precedute da una serie di lezioni (12 ore in aula suddivise in lezione di due ore accademiche) introduttive riguardanti la descrizione delle esperienze oltre ad un veloce approfondimento su alcune tecniche di analisi che utilizzeranno gli studenti e su alcuni aspetti di chimica supramolecolare utili alla comprensione delle esperienze stesse.
All’inizio della prima giornata di laboratorio verranno ribadite i) alcune norme di comportamento da tenere nel locale e ii) l’importanza dell’utilizzo del dispositivi di protezione individuale e del corretto uso dei prodotti chimici.
Sulla piattaforma Moodle di Ateneo sono presenti i file pdf relativi alle slides delle presentazioni proiettate durante le lezioni, copia delle procedure sperimentali da seguire per le esperienze di laboratorio, e i files dei dati sperimentali raccolti nel corso delle esperienze di laboratorio.

Inglese

Modulo 2: per ulteriori approfondimenti è possibile contattare direttamente la docente del corso all'indirizzo e-mail giulia.fiorani@unive.it.

Accessibilità, Disabilità e Inclusione

Accomodamenti e Servizi di Supporto per studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento:
Ca’ Foscari applica la Legge Italiana (Legge 17/1999; Legge 170/2010) per i servizi di supporto e di accomodamento disponibili agli studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento. In caso di disabilità motoria, visiva, dell’udito o altre disabilità (Legge 17/1999) o un disturbo specifico dell’apprendimento (Legge 170/2010) e si necessita di supporto (assistenza in aula, ausili tecnologici per lo svolgimento di esami o esami individualizzati, materiale in formato accessibile, recupero appunti, tutorato specialistico a supporto dello studio, interpreti o altro), si contatti l’ufficio Disabilità e DSA disabilita@unive.it.

scritto e orale