201566 - Materiais Brandos: Coloides (OPTATIVAS VINCULADAS - ORIENTACIÓN FÍSICA DE MATERIAIS) - Curso 2011/2012

Información

Outros Datos

• Tipo: Materia Ordinaria RD 1497/1987
• Departamentos: Física da Materia Condensada
• Áreas: Física da Materia Condensada
• Centro: Facultade de Física
• Convocatoria: Segundo Cuadrimestre
• Docencia e Matrícula: null

Profesores

Nome	Coordinador
MOSQUERA TALLON, VICTOR.	NON
TABOADA ANTELO, PABLO.	SI

Horarios

Nome	Tipo Grupo	Tipo Docencia	Horario Clase	Horario exames
Grupo L01	Ordinario	Laboratorio	NON	NON
Grupo T01	Ordinario	Teóricos	SI	SI

Programa

Existen programas da materia para os seguintes idiomas:

Castelán

Galego

Objetivos de la asignatura
El objetivo de esta asignatura es proporcionar al alumno una sólida formación en los materiales conocidos como Materia Blanda, haciendo especial énfasis en los coloides de asociación. Se intenta familiarizar al alumno con este tipo de materiales tan importantes en el mundo actual: como se caracterizan e influyen las propiedades moleculares en sus propiedades físicas macroscópicas que les hacen útiles en sus aplicaciones. Otro objetivo es que el alumno aplique los conocimientos de Física adquiridos en la Termodinámica, Mecánica, Mecánica y Física Estadística en el campo de la Materia Blanda. La materia que abarca esta asignatura se estructura en dos partes: (a) Fundamentos, en el que se plantea una visión general de las propiedades, así com su clasificación, de los coloides y polímeros en general, para posteriormente centrarse en el estudio de lo que se conoce como Fluidos Complejos, y (b) un estudio detallado de los lColoides de Asociación.
Contenidos
Tema 1 Sistemas Coloidales y Microemulsiones
Naturaleza del estado coloidal. - Algunas notas históricas del estudio de los Sistemas Coloidales. - Importancia de los efectos de superficie en las dispersiones coloidales.- Clasificación de los Sistemas Coloidales. - Tópicos acerca de las dispersiones coloidales. - Coagulación y floculación. - Micro y Macroemulsiones O/W y W/O. - Sistemas Coloidales: su utilidad en la industria. - Distribución de tamaños de las partículas coloidales: medida de la polidispersidad, diámetro promedio y desviación estándar, radio de giro, Masa molecular promedio. - Métodos de sedimentación para la determinación del tamaño de las partículas

Tema 2 La Doble Capa Eléctrica y la Estabilidad de los Sistemas Coloidales
Introducción. – La doble capa eléctrica. – Modelo de la doble capa rígida o de Helmholtz. – Ecuación de Debye-Hückel. – Comparación de los modelos de Helmholtz y Debye-Hückel. – Modelo de Gouy-Chapman. – Densidad superficial de carga. Energía de repulsión entre dos dobles capa eléctricas.

Tema 3 Teoría DLVO
Introducción. – Estabilidad coloidal. – Origen molecular de la atracción de van der Waals, interacción Debye, interacción Keesom, interacción London. – Retardo de la interacción de dispersión London. – Atracción entre dos partículas coloidales planas.- Análisis y comentarios. – Teoría DLVO. – Modelo de Stern de la doble capa.

Tema 4 Electroforesis
Fenómenos electrocinéticos. - El potencial  y el plano de deslizamiento. -Movilidad de iones y partículas coloidales bajo la acción de un campo eléctrico. - Movilidad electroforética, ecuaciones de: Hückel, Helmholtz-Smoluchowski y Henry. - Fenómeno de relajación en la doble capa

Tema 5 Coloides de Asociación y Microemulsiones
El agua como disolvente. - La molécula de agua: modelo ST2 de la molécula de agua, la estructura reticular tetraédrica del agua. - La presencia de moléculas apolares en medio acuoso: solvatación hidrófoba, el efecto hidrófobo y la interacción hidrófoba. - El efecto de los iones en la estructura y propiedades del agua. - Coloides de asociación: la molécula anfifílica. –Formación de monocapas. - Aspectos estructurales de los agregados: superficie y núcleo de la micela, área óptima del grupo hidrófilo de la micela, volumen y longitud crítica de la parte hidrófoba de la micela, el parámetro de empaquetamiento y la forma del agregado. - Diagrama de fases: cristales líquidos, micelas inversas

Tema 6 Termodinámica de Formación de Agregados
La formación de la micela como proceso de asociación. - La concentración micelar crítica: su definición, dependencia de la concentración micelar crítica de la propiedad física medida.- Conductividad eléctrica: conductividades específica y equivalente.- Valores límites de la conductividad equivalente: ley de Kohlraush.- Cálculo del grado de ionización: ecuación de Evans.- Modelo de separación de fases. - Modelo de acción de masas. - Comparación de ambos modelos.- Modelo de Phillips para la formación de los agregados de solutos anfifílicos iónicos. - Estados estándar del proceso de formación del agregado.- Entalpía y entropía estándar de formación del agregado

Tema 7 Termodinámica de Superficies
La interfase: tensión superficial e interfacial. - Angulo de contacto: relación de Young, relación de Neumann. - Capa plana entre fases.- Interfase líquido-vapor de una sustancia pura. - Tensión interfacial de las disoluciones: tensión superficial entre una disolución binaria líquida y su
Bibliografía básica y complementaria
- EVANS, D. F, WENNERSTRÖM, H. “The Colloidal Domain. Where Physics, Chemistry, Biology and Technology Meet”. Ed. VCH Publishers Inc, NY. 1994. Cap. 1-4
- HAMLEY, I. W., "Introduction to Soft Matter: Polymers, Colloids, Amphiphiles and Liquid Crystals". Ed. John Wiley & Sons, Chichester, UK. 2000.
-HAMLEY, I. W., "Introduction to Soft Matter: Synthetic and Biological Self-Assembling Materials". Ed. John Wiley & Sons, Chichester, UK. 2007.
- HIEMENZ, P. C., RAJAGOPALAN, R. “Principles of Colloid and Surface Chemistry”. Ed. Marcel Dekker Inc., NY, 1997
- HUNTER, R. J. “Introduction to Modern Colloid Science”. Ed. Claredon Press, Oxford, 1993.
- HUNTER, R. J. “Foundations of Colloid Science I, II”. Ed. Claredon Press, Oxford, 1995.
- KLEMAN, M., LAVRENTOVICH, O. D., "Soft Matter Physics: An Introduction". Ed. Springer, New York, 2003.
- RUSSEL, W. B., SAVILLE, D. A., SCHOWALTER, W. R. “Colloidal Dispersions”. Ed. Cambridge University Press, 1991.
- "SOFT MATTER CHARACTERIZATION". Ed. R. Borsali, R. Pecora. Ed. Springer, Dordrecht, 2008
- “SOFT MATTER PHYSICS”. Ed. M. Daoud, C. E. Williams, Springer-Verlag Berlín, 1999

Obras de carácter específico
- HUNTER, R. J. “Zeta Potential in Colloid Science. Principles and Applications”. Ed. Academic Press, NY. 1982
- ISRAELACHVILI, J. C. “Intermolecular and Surface Forces”. Ed. Academic Press, Londres, 1995
- MOROI, Y. “Micelles, Theoretical and Applied Aspects”. Ed. Plenum Publishing Corporation, NY, 1992
- ROSEN, M. J. “Surfactants and Interfacial Phenomena”. Ed. John Wiley&Sons, 1978
- TANFORD, C. “The Hydrophobic Effect: Formation of Micelles and Biological Membranes”. Ed. Krieger Publishing Company, Florida, 1991.
Competencias
De carácter específico:

- Conocimiento de la estructura, características y propiedades de los distintos tipos de estructuras comprendidas bajo el epígrafe "Materia" o "Materiales Blandos".
- Relacionar las estructuras y propiedades de estos materiales con sus aplicaciones tecnológicas.
- Conocimientos básicos de física supramolecular y nanotecnología.
- Conocimiento de las nanoestructuras autoorganizadas en el ámbito de los sistemas biológicos.
- Familiarización con técnicas de caracterización de los denominados Materiales Blandos.

De carácter transversal:

- Promover la búsqueda de información científica.
- Promover la comprensión de textos científicos.
- Elaborar los contenidos de distintos temas para mejorar la comunicación oral y escrita del alumno.
- Impulsar las destrezas interpersonales, asociadas a la capacidad y los hábitos de trabajo en equipo.
- Desarrollar la capacidad de análisis y síntesis.
- Intentar que los alumnos sean los principales responsables de su propio proceso de aprendizaje
- Recuperar y aplicar los conocimientos adquiridos en las materiales experimentales en los cursos anteriores de su formación y, debido a la transversalidad de la misma, relacionar esta materia con las demás del Grado.
- Cultivar su curiosidad científica, capacidad de observación y habilidad experimental frente a un problema determinado que se le presente. Proponer problemas reales y soluciones a los mismos de una manera científica.

DESTREZAS/HABILIDADES

Razonar las cuestiones que se proponen a lo largo del curso, adquiriendo agilidad mental para su propuesta razonable de acuerdo con el método científico mediante el manejo conjunto de conocimientos adquiridos en las materias cursadas durante la Licenciatura.
Adquirir facilidad de comprensión en las cuestiones que se plantean a lo largo del curso y agilidad mental para su planteamiento razonable.
Planteamiento de problemas reales y como enfrentarse a ellos de una manera científica.

REQUISITOS PREVIOS ACONSEJADOS
Haber cursado las materias de los tres primeros cursos del grado. Así mismo, sería recomendable un conocimiento básico de inglés. También sería recomendable un conocimiento a nivel de usuario en informática para familiarizarse con las nuevas tecnologías a la hora de dar calidad a las exposiciones orales públicas, programas de tratamiento de datos para analizar los datos obtenidos en el trabajo de laboratorio, y navegación por Internet para tener el acceso más directo y rápido a la mayor información posible.
Se valorarán las habilidades en la búsqueda de material para el desarrollo de los temas, la capacidad de síntesis en la elaboración de trabajos y el dominio de los temas.
Metodología de la enseñanza
El contenido teórico de cada tema será expuesto en clases presenciales de forma continuada. El primer día lectivo que corresponda, se le entregará a cada alumno una carpetilla conteniendo el programa detallado de la asignatura que incluye la bibliografía básica.
El contenido teórico de cada tema será expuesto en clases presénciales.
Programa detallado de las partes teórica y práctica:
Parte teórica: Ver programa.
Parte Práctica: Realización de prácticas en el laboratorio consistentes en el cálculo de la concentración micelar crítica de un tensioactivo a partir de los datos obtenidos mediante diferentes técnicas de medida (conductividad, ultrasonidos, tensión superficial, densimetría) así como las diferentes magnitudes termodinámicas asociadas al proceso de agregación: .

Sistema de evaluación
Se evaluarán las siguientes actividades docentes:
1) Memoria del trabajo de laboratorio (material bibliográfico utilizado, tratamiento de los datos experimentales, interpretación de los resultados).
2) Realización y exposición pública de trabajos monográficos propuestos por los profesores.
3) Examen de cuestiones teóricas.
El primer y segundo apartado supondrá el 20 % de la nota final cada uno de ellos, repsectivamente, correspondiendo el 60% restante al examen final.

En la puntuación del apartado teórico se valorará no sólo la asimilación de los contenidos teóricos, sino también la capacidad para relacionarlos entre sí y de aplicarlos en el análisis y la resolución de las situaciones concretas presentadas. En ningún caso se puntuarán aquellas respuestas que no se razonen convenientemente.
En la puntuación del apartado práctico se valorará no sólo la calidad de los datos medidos en el laboratorio sino que se tendrá también en cuenta la estructuración del analísis efectuado y la bibliografía empleada.


Tiempo de estudio y trabajo personal
Trabajo presencial en el aula: 45 horas
Clases de pizarra en grupo grande: 30 horas
Clases de laboratorio en grupo reducido: 15 horas


Trabjo personal del alumno: 3 horas de estudio a la semana


Recomendaciones para el estudio de la asignatura
Requisitos previos recomendados: Física General, Termodinámica, Física del Estado Sólido.
Se recomienda asistir a las clases e intervenir activamente en ellas.
Asistir a las tutorías para resolver dudas y desarrollar los seminarios propuestos para su exposición.
Trabajar en grupo desde el primer día en todos y cada uno de los puntos (estudio teórico, resolución problemas y cuestiones, trabajo a presentar y defender, etc.).
Utilizar el libro que en cada capítulo se aconseja como principal para no perder tiempo en la búsqueda en otros.
Asistir continuamente a lo largo del curso ya que durante las clases se va esbozando el examen final en los debates y en las cuestiones que se plantean en clase.