Assignatura: Sistemes col·loidals

Quadrimestre: Primavera

Crèdits ECTS: 2,5

Professors: Joan Estelrich; Jordi Ignès.

Departament / Facultat: JE (Dept. Físicoquímica, Fac. Farmàcia); JI (Dept. Química Física, Facultat de Química), UB.

Objectius:

Generals

A.Introduir a l’alumne en la preparació i propietats dels col·loides i de les interfícies.
B.Presentar a l’alumne els principis i models físics i fisicoquímics subjacents en la ciència dels col·loides i de les interfícies
C.Mostrar a l’alumne l’interès i aplicacions dels col·loides i de les interfícies en el camp de la Bionanotecnologia.

Competències que l’alumne haurà d’haver assolit al finalitzar l’assignatura

Al finalitzar el curs l’alumne hauria de saber:

a)Definir què és un col·loide i una interfície i haurà de saber donar exemples de tipus de sistemes col·loïdals i interfícies.
b)Comprendre perquè les dispersions col·loïdals són metaestables i cóm poden conservar-se en un estat metaestable per estabilització electrostàtica o estèrica, que hauria de saber presentar en termes de gràfics d’energia lliure en funció de la separació de partícules, mostrant les diferents contribucions atractives i repulsives. Això fa necessari que l’alumne es familiaritzi amb les forces intermoleculars i amb les seves resultants, les forces entre partícules, l’electrostàtica de les solucions d’electròlit i els models de la doble capa elèctrica.
c)Explicar les propietats cinètiques, d’espargiment i electrocinètiques dels col·loides.
d)Distingir el diferent comportament reològic que poden presentar els col·loides.
e)Analitzar les propietats fisicoquímiques de les solucions de molècules amfifíliques.

Recomanacions / Requisits previs

Nivell de formació equivalent als dels Llicenciats en Química, Física o Farmàcia

CONTINGUTS:

Temari

1.Activitat superficial. La interfície líquida. Tensió inter i superficial. Llei de Young-Laplace. Capilaritat. Equació de Kelvin. Cohesió, adherència i adsorció. Tractament de Gibbs de la termodinàmica d’interfícies. Adsorció de proteïnes. Adsorció d’altres biopolímers. Monocapes adsorbides i esteses. Caracterització (3 hores). Professor: Jordi Ignès.

2.Interès biològic, biomimètic i biotecnològic de les capes de Langmuir/Langmuir-Blodgett. Isotermes de Langmuir. Estats d’agregació de les monocapes de Langmuir. Caracterització in-situ. Multicapes: tècnica de Langmuir-Blodgett. Técnica de les bicapes fosfolipídiques sobre suport (PBS) (3 hores). Professor: Jordi Ignès.

3.Dispersions col·loïdals. Definició de sistema col·loïdal. Classificació. Preparació. Importància dels fenòmens interficials en els sistemes col·loïdals i dels sistemes col·loïdals en les estructures biològiques (2 hores). Professor: Joan Estelrich.

4.Propietats dels sistemes col·loïdals. Propietats òptiques: Tècniques d’espargiment de la llum. Propietats cinètiques: Moviment brownià i difusió, sedimentació, pressió osmòtica i viscositat. Propietats elèctriques de les interfícies. Equació de Poisson-Boltzmann. Aproximació de Debye-Hückel. Solució a l’equació de Poisson-Boltzmann. Potencial zeta. Determinacions electrocinètiques i electroacústiques (3 hores). Professor: Joan Estelrich.

5.Estabilitat col·loïdal. Tipus de càrregues existents entre partícules. Teoria DLVO. Estabilització electrostàtica. Estabilitat dels col·loïdes hidròfobs: Regla de Schulze-Hardy. Estabilitat de col·loides liòfils: Sèries de Hofmeister. Precipitació de proteïnes. Cinètica de coagulació. Estabilització per polímers: estèrica i per buidatge (3 hores). Professor: Joan Estelrich.

6.Col·loides d’associació. Micel·les: Termodinàmica i cinètica de l’associació micel·lar. Estudi d’alguns sistemes micel·lars d’interès biotecnològic. Micel·les invertides. Bicapes: Molècules que formen bicapes. Estructures basades en bicapes (unicomponent, multicomponent). Bicapes tancades: Liposomes. Tècniques experimentals emprades en la determinació dels col·loides d’associació(dispersió de radiació, microscòpia òptica i electrònica, RMN, calorimetria, forces entre superfícies...) (3 hores). Professor: Joan Estelrich.

7.Biopolímers. Comportament dels polímers en dissolució: conformacions, aspectes termodinàmics (comportament fàsic). Propietats macroscòpiques i mesoscòpiques. Estructures polimèriques en dissolució. Fenòmens d’autoagregació (2 hores). Professor: Jordi Ignès.

8.Col·loides liòfobs. Emulsions. Formació d’emulsions. Efecte de Gibbs Marangoni. Reologia de les emulsions. Processos desestabilitzants de les emulsions. Microemulsions. Preparació i proietats. Introducció a les tècniques de microfluïdica (lab-on-a-chip). Escumes. Formació d’escumes. Estabilitat de les escumes. Escumes d’interès alimentari i biològic. Interès dels antiescumants (3 hores). Professor: Joan Estelrich.

Planificació:

Hores presencials aula: 23 hores

Hores de treball dirigit: 14 hores

Hores per aprenentatge autònom: 32 hores

Bibliografia

J. Estelrich: Dispersions col·loïdals (e-book) Publicacions UB, Barcelona (2002)
P.C.Hiemenz, R.Rajagopalan: Principles of Colloid and Surface Chemistry. 3ª edició. Marcel Dekker. Nova York (1997).
G. T. Barnes, I. R. Gentle: Interfacial Science. An introduction. Oxford University Press. Oxford (2005).
D.F. Evans, H. Wennerström: The Colloidal Domain. Where Physics, Chemistry, Biology, and Technology meet. VCH: Nova York (1994).
R.J. Hunter: Introduction to Modern Colloid Science. Oxford Science Publications: Oxford (1993).
D.J Shaw: Introduction to Colloid and Surface Chemistry. 4ª edició. Butterworth-Heinemann: Oxford (1992).
A.W.Adamson, A.P.Gast: Physical Chemistry of Surfaces, 6a edició. John Wiley and Sons: New York (1997).
G. Attard, C. Barnes: Surfaces, Oxford University Press: Oxford (1998).
D. Lasic: Liposomes: from Physics to Applications. Elsevier, Amsterdam (1993).
B.P. Binks (director): Modern Aspects of Emulsion Science. Royal Society of Chemistry, Cambridge (1998).
C.W. Macosko: Rheology. Principles, measurements and applications. VCH, Nova York (1994).
D. Weaire, S. Hutzler: The Physics of Foams. Oxford University Press: Oxford (2001).