CHIMICA FISICA IV

Obiettivi formativi

Gli argomenti trattati in questo insegnamento riguardano le proprietà chimico-fisiche dei sistemi colloidali e delle soluzioni di polimeri e delle tecniche spettroscopiche e strutturali che ne permettono la caratterizzazione. Saranno, quindi, trattati modelli teorici e le relative dimostrazioni per lo studio dei sistemi dispersi. Alla fine del corso, per quanto riguarda le conoscenze imprescindibili, lo studente dovrà aver acquisito competenze riguardo alle proprietà chimico-fisiche delle soluzioni disperse e alle tecniche e metodologie sperimentali più utilizzate per il loro studio. In particolare, dovrà conoscere i principali processi termodinamici riguardanti tali sistemi, le grandezze in gioco e il loro significato fisico, a livello macroscopico e microscopico. Dovrà essere chiaramente compresa la differenza di comportamento e proprietà dei sistemi dispersi rispetto a quelli continui. Ci si aspetta che lo studente abbia la capacità di inquadrare il problema in esame nel giusto contesto, selezionare le equazioni e le formule più adatte alla risoluzione di problemi quantitativi. Deve saper scegliere i metodi sperimentali più idonei allo studio dei sistemi proposti dimostrando di saper applicare le competenze acquisite. Inoltre, deve saper argomentare e difendere le scelte fatte e concepire semplici esperimenti basati sulle conoscenze apprese. Verrà, inoltre, valutata la capacità di analisi, di sintesi e di coerenza logica nell’esposizione e l’abilità dello studente di comunicare in un linguaggio appropriato. Considerando che l’insegnamento di Chimica Fisica IV appartiene alla Laurea Magistrale in Chimica, per lo studio degli argomenti proposti nel corso, viene suggerito l’uso di più testi, alcuni per approfondimenti, e di articoli pubblicati su riviste internazionali, che verranno discussi in aula. Questo approccio dovrebbe favorire la capacità di apprendimento e l’abitudine a selezionare fonti bibliografiche diverse, in italiano e in inglese.

Canale 1
ANITA SCIPIONI Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma
Introduzione ai colloidi. Definizione di colloidi e loro catalogazione: aerosols, emulsioni, sospensioni colloidali, gels, dispersioni solide, colloidi di associazione, cristalli liquidi. I colloidi e la chimica fisica delle interfasi. Stabilità dei colloidi: forze interparticellari, le forze intermolecolari alla base delle interazioni interparticellari, forze di van der Waals e costante di Hamaker, influenza del mezzo solvente, interazioni elettrostatiche: il doppio strato elettrico, influenza di materiali adsorbiti sulla superficie delle particelle, adsorbimento reversibile, effetto di polimeri. Potenziale DLVO. Cenni sull’interesse dei colloidi nelle nanotecnologie. Applicazioni. Diffusione traslazionale e proprietà dei colloidi. Effetti delle interazioni sui coefficienti di auto diffusione e di diffusione collettiva. Coefficiente di diffusione libera: equazione di Stokes-Einstein e raggio idrodinamico. Risonanza magnetica nucleare in gradiente di campo magnetico pulsato. Richiami sui principi della risonanza magnetica nucleare. I tempi di rilassamento. Sequenza spin echo ed esperimento di Hahn. Sequenza spin echo ed esperimento di Hahn. Spin-echo in gradiente di campo magnetico pulsato: sequenze principali. Il coefficiente di auto diffusione. Polidispersione: valore medio e distribuzione dei coefficienti di diffusione. Applicazioni. Dicroismo Circolare. Attività ottica. Origini fisiche del dicroismo circolare. Descrizione della strumentazione. Calcolo del dicroismo circolare di un dimero (exciton splitting). Il dicroismo circolare nelle proteine, acidi nucleici e aggregati supramolecolari. Calcoli semiempirici per la simulazione di spettri. Applicazioni. Termodinamica Statistica- insiemi statistici di equilibrio (di Gibbs), media di insieme e nel tempo (principio ergodico), statistica di Boltzmann (riepilogo); la funzione di ripartizione canonica e quella molecolare, particelle distinguibili e indistinguibili, le funzioni termodinamiche e la funzione di ripartizione canonica, funzione di ripartizione di gas perfetto monoatomico e biatomico. Costante di equilibrio e funzioni di ripartizione. Teoria del complesso attivato (teoria di Eyring). Trattazione meccanico-statistica del solido perfetto (capacità termica a volume costante). Equilibri conformazionali in polimeri: transizioni cooperative e non cooperative. Trattazione meccanico-statistica delle transizioni cooperative secondo il modello di Ising.
Prerequisiti
Prerequisiti necessari per una migliore capacità di apprendimento degli argomenti proposti nell'insegnamento di Chimica Fisica IV sono la termodinamica classica (i tre principi, equilibrio chimico, termodinamica delle soluzioni, transizioni di fase), la termodinamica statistica (principi, insieme statistici di equilibrio, funzione di ripartizione microcanonica e canonica, modello gas perfetto), la meccanica quantistica (principi, modelli semplici come oscillatore armonico, particella in una buca di potenziale, rotatore rigido, sistemi atomici e molecolari a singolo elettrone, cenni riguardo la risoluzione dell'equazione di Schrødinger per sistemi poli-elettronici), le spettroscopie classiche (vibrazionale, elettronica, di fluorescenza, di risonanza magnetica nucleare). Inoltre, lo studente deve avere familiarità con le conoscenze di base dell'analisi matematica (derivate e derivate parziali, differenziali, integrali ed equazioni differenziali, serie semplici) e della fisica (meccanica, elettrostatica ed elettromagnetismo).
Testi di riferimento
Essendo un insegnamento della laurea magistrale, non c'è un testo di riferimento. Sono consigliati: 1. Colloid Science: Principles, Methods and Applications, Seconda Edizione, Terence Cosgrove Editor, Wyley (raccolta di capitoli scritti da diversi autori) 2. Principles of Physical Biochemistry – Kensal E. van Holde, W. Curtis Johnson, P. Shing Ho, Seconda Edizione, Prentice Hall (disponibile presso la Biblioteca G. Illuminati del Dipartimento di Chimica) 3. Materiale proiettato a lezione 4. Lezioni in formato pdf (da programma bamboo paper) 5. Equilibrium Statistical Mechanics - F. C. Andrews, J. Wiley and Sons, INC (alcuni capotoli, testo fornito in pdf su Moodle) 6. Chimica Fisica - W. Moore, Piccin Editore (solo capitolo su Teoria di Eyring fornito in pdf da Moodle)
Modalità insegnamento
Il corso si sviluppa in settantasei ore di cui sessantaquattro frontali dedicate alla trattazione teorica degli argomenti proposti nel programma (modelli teorici, dimostrazioni, applicazioni e limiti delle equazioni ottenute, tecniche e metodologie di indagine dei sistemi dispersi) e dodici di esercitazioni, comunque frontali, in cui verranno proposti diversi sistemi di cui verranno discusse modalità e tecniche di studio. Inoltre, verranno presentati gli aspetti applicativi dei sistemi dispersi nel campo della scienza dei materiali e delle nanotecnologie.
Frequenza
La frequenza delle lezioni non è obbligatoria ma fortemente raccomandata
Modalità di esame
La valutazione avverrà attraverso una prova orale in cui lo studente dovrà discutere le proprietà chimico-fisiche delle soluzioni di colloidi e di polimeri, i modelli ad esse correlate, e le tecniche utilizzate per il loro studio (principi delle tecniche e metodologia di applicazione). Verrà valutata la capacità di analisi, di sintesi e chiarezza di espressione dello studente. Verranno discussi sistemi semplici, ma significativi, per valutare la capacità dello studente di inquadrarli nel giusto contesto e di scegliere le corrette metodologie di studio. Inoltre, lo studente dovrà dimostrare di conoscere alcune applicazioni dei sistemi studiati nel campo della scienza dei materiali.
Bibliografia
Per approfondimenti: 1. Intermolecular and Surface Forces - Jacob N. Israelachvili, terza edizione, Elsevier (disponibile presso la Biblioteca G. Illuminati del Dipartimento di Chimica) 2. Biophysical Chemistry, secondo volume: Techniques for the Study of Biological Structure and Function, terzo volume: Transitions in polymers: Ising model – Charles R. Cantor, Paul R. Schimmel – W. H. Freeman and Company (disponibile presso la Biblioteca G. Illuminati del Dipartimento di Chimica) 3. Alcuni articoli pubblicati su riviste internazionali che verranno discussi durante le lezioni
Modalità di erogazione
Il corso si sviluppa in settantadue ore dedicate alla trattazione teorica degli argomenti proposti nel programma (modelli teorici, dimostrazioni, applicazioni e limiti delle equazioni ottenute, tecniche e metodologie di indagine dei sistemi dispersi).Verranno presentati gli aspetti applicativi dei sistemi dispersi nel campo della scienza dei materiali e delle nanotecnologie.
ANITA SCIPIONI Scheda docente

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Programma
Introduzione ai colloidi. Definizione di colloidi e loro catalogazione: aerosols, emulsioni, sospensioni colloidali, gels, dispersioni solide, colloidi di associazione, cristalli liquidi. I colloidi e la chimica fisica delle interfasi. Stabilità dei colloidi: forze interparticellari, le forze intermolecolari alla base delle interazioni interparticellari, forze di van der Waals e costante di Hamaker, influenza del mezzo solvente, interazioni elettrostatiche: il doppio strato elettrico, influenza di materiali adsorbiti sulla superficie delle particelle, adsorbimento reversibile, effetto di polimeri. Potenziale DLVO. Cenni sull’interesse dei colloidi nelle nanotecnologie. Applicazioni. Diffusione traslazionale e proprietà dei colloidi. Effetti delle interazioni sui coefficienti di auto diffusione e di diffusione collettiva. Coefficiente di diffusione libera: equazione di Stokes-Einstein e raggio idrodinamico. Risonanza magnetica nucleare in gradiente di campo magnetico pulsato. Richiami sui principi della risonanza magnetica nucleare. I tempi di rilassamento. Sequenza spin echo ed esperimento di Hahn. Sequenza spin echo ed esperimento di Hahn. Spin-echo in gradiente di campo magnetico pulsato: sequenze principali. Il coefficiente di auto diffusione. Polidispersione: valore medio e distribuzione dei coefficienti di diffusione. Applicazioni. Dicroismo Circolare. Attività ottica. Origini fisiche del dicroismo circolare. Descrizione della strumentazione. Calcolo del dicroismo circolare di un dimero (exciton splitting). Il dicroismo circolare nelle proteine, acidi nucleici e aggregati supramolecolari. Calcoli semiempirici per la simulazione di spettri. Applicazioni. Termodinamica Statistica- insiemi statistici di equilibrio (di Gibbs), media di insieme e nel tempo (principio ergodico), statistica di Boltzmann (riepilogo); la funzione di ripartizione canonica e quella molecolare, particelle distinguibili e indistinguibili, le funzioni termodinamiche e la funzione di ripartizione canonica, funzione di ripartizione di gas perfetto monoatomico e biatomico. Costante di equilibrio e funzioni di ripartizione. Teoria del complesso attivato (teoria di Eyring). Trattazione meccanico-statistica del solido perfetto (capacità termica a volume costante). Equilibri conformazionali in polimeri: transizioni cooperative e non cooperative. Trattazione meccanico-statistica delle transizioni cooperative secondo il modello di Ising.
Prerequisiti
Prerequisiti necessari per una migliore capacità di apprendimento degli argomenti proposti nell'insegnamento di Chimica Fisica IV sono la termodinamica classica (i tre principi, equilibrio chimico, termodinamica delle soluzioni, transizioni di fase), la termodinamica statistica (principi, insieme statistici di equilibrio, funzione di ripartizione microcanonica e canonica, modello gas perfetto), la meccanica quantistica (principi, modelli semplici come oscillatore armonico, particella in una buca di potenziale, rotatore rigido, sistemi atomici e molecolari a singolo elettrone, cenni riguardo la risoluzione dell'equazione di Schrødinger per sistemi poli-elettronici), le spettroscopie classiche (vibrazionale, elettronica, di fluorescenza, di risonanza magnetica nucleare). Inoltre, lo studente deve avere familiarità con le conoscenze di base dell'analisi matematica (derivate e derivate parziali, differenziali, integrali ed equazioni differenziali, serie semplici) e della fisica (meccanica, elettrostatica ed elettromagnetismo).
Testi di riferimento
Essendo un insegnamento della laurea magistrale, non c'è un testo di riferimento. Sono consigliati: 1. Colloid Science: Principles, Methods and Applications, Seconda Edizione, Terence Cosgrove Editor, Wyley (raccolta di capitoli scritti da diversi autori) 2. Principles of Physical Biochemistry – Kensal E. van Holde, W. Curtis Johnson, P. Shing Ho, Seconda Edizione, Prentice Hall (disponibile presso la Biblioteca G. Illuminati del Dipartimento di Chimica) 3. Materiale proiettato a lezione 4. Lezioni in formato pdf (da programma bamboo paper) 5. Equilibrium Statistical Mechanics - F. C. Andrews, J. Wiley and Sons, INC (alcuni capotoli, testo fornito in pdf su Moodle) 6. Chimica Fisica - W. Moore, Piccin Editore (solo capitolo su Teoria di Eyring fornito in pdf da Moodle)
Modalità insegnamento
Il corso si sviluppa in settantasei ore di cui sessantaquattro frontali dedicate alla trattazione teorica degli argomenti proposti nel programma (modelli teorici, dimostrazioni, applicazioni e limiti delle equazioni ottenute, tecniche e metodologie di indagine dei sistemi dispersi) e dodici di esercitazioni, comunque frontali, in cui verranno proposti diversi sistemi di cui verranno discusse modalità e tecniche di studio. Inoltre, verranno presentati gli aspetti applicativi dei sistemi dispersi nel campo della scienza dei materiali e delle nanotecnologie.
Frequenza
La frequenza delle lezioni non è obbligatoria ma fortemente raccomandata
Modalità di esame
La valutazione avverrà attraverso una prova orale in cui lo studente dovrà discutere le proprietà chimico-fisiche delle soluzioni di colloidi e di polimeri, i modelli ad esse correlate, e le tecniche utilizzate per il loro studio (principi delle tecniche e metodologia di applicazione). Verrà valutata la capacità di analisi, di sintesi e chiarezza di espressione dello studente. Verranno discussi sistemi semplici, ma significativi, per valutare la capacità dello studente di inquadrarli nel giusto contesto e di scegliere le corrette metodologie di studio. Inoltre, lo studente dovrà dimostrare di conoscere alcune applicazioni dei sistemi studiati nel campo della scienza dei materiali.
Bibliografia
Per approfondimenti: 1. Intermolecular and Surface Forces - Jacob N. Israelachvili, terza edizione, Elsevier (disponibile presso la Biblioteca G. Illuminati del Dipartimento di Chimica) 2. Biophysical Chemistry, secondo volume: Techniques for the Study of Biological Structure and Function, terzo volume: Transitions in polymers: Ising model – Charles R. Cantor, Paul R. Schimmel – W. H. Freeman and Company (disponibile presso la Biblioteca G. Illuminati del Dipartimento di Chimica) 3. Alcuni articoli pubblicati su riviste internazionali che verranno discussi durante le lezioni
Modalità di erogazione
Il corso si sviluppa in settantadue ore dedicate alla trattazione teorica degli argomenti proposti nel programma (modelli teorici, dimostrazioni, applicazioni e limiti delle equazioni ottenute, tecniche e metodologie di indagine dei sistemi dispersi).Verranno presentati gli aspetti applicativi dei sistemi dispersi nel campo della scienza dei materiali e delle nanotecnologie.
MARCO D'ABRAMO Scheda docente

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Programma
Introduzione ai colloidi. Definizione di colloidi e loro catalogazione: aerosols, emulsioni, sospensioni colloidali, gels, dispersioni solide, colloidi di associazione, cristalli liquidi. I colloidi e la chimica fisica delle interfasi. Stabilità dei colloidi: forze interparticellari, le forze intermolecolari alla base delle interazioni interparticellari, forze di van der Waals e costante di Hamaker, influenza del mezzo solvente, interazioni elettrostatiche: il doppio strato elettrico, influenza di materiali adsorbiti sulla superficie delle particelle, adsorbimento reversibile, effetto di polimeri. Potenziale DLVO. Cenni sull’interesse dei colloidi nelle nanotecnologie. Applicazioni. Diffusione traslazionale e proprietà dei colloidi. Effetti delle interazioni sui coefficienti di auto diffusione e di diffusione collettiva. Coefficiente di diffusione libera: equazione di Stokes-Einstein e raggio idrodinamico. Risonanza magnetica nucleare in gradiente di campo magnetico pulsato. Richiami sui principi della risonanza magnetica nucleare. I tempi di rilassamento. Sequenza spin echo ed esperimento di Hahn. Sequenza spin echo ed esperimento di Hahn. Spin-echo in gradiente di campo magnetico pulsato: sequenze principali. Il coefficiente di auto diffusione. Polidispersione: valore medio e distribuzione dei coefficienti di diffusione. Applicazioni. Dicroismo Circolare. Attività ottica. Origini fisiche del dicroismo circolare. Descrizione della strumentazione. Calcolo del dicroismo circolare di un dimero (exciton splitting). Il dicroismo circolare nelle proteine, acidi nucleici e aggregati supramolecolari. Calcoli semiempirici per la simulazione di spettri. Applicazioni. Termodinamica Statistica- insiemi statistici di equilibrio (di Gibbs), media di insieme e nel tempo (principio ergodico), statistica di Boltzmann (riepilogo); la funzione di ripartizione canonica e quella molecolare, particelle distinguibili e indistinguibili, le funzioni termodinamiche e la funzione di ripartizione canonica, funzione di ripartizione di gas perfetto monoatomico e biatomico. Costante di equilibrio e funzioni di ripartizione. Teoria del complesso attivato (teoria di Eyring). Trattazione meccanico-statistica del solido perfetto (capacità termica a volume costante). Equilibri conformazionali in polimeri: transizioni cooperative e non cooperative. Trattazione meccanico-statistica delle transizioni cooperative secondo il modello di Ising.
Prerequisiti
Prerequisiti necessari per una migliore capacità di apprendimento degli argomenti proposti nell'insegnamento di Chimica Fisica IV sono la termodinamica classica (i tre principi, equilibrio chimico, termodinamica delle soluzioni, transizioni di fase), la termodinamica statistica (principi, insieme statistici di equilibrio, funzione di ripartizione microcanonica e canonica, modello gas perfetto), la meccanica quantistica (principi, modelli semplici come oscillatore armonico, particella in una buca di potenziale, rotatore rigido, sistemi atomici e molecolari a singolo elettrone, cenni riguardo la risoluzione dell'equazione di Schrødinger per sistemi poli-elettronici), le spettroscopie classiche (vibrazionale, elettronica, di fluorescenza, di risonanza magnetica nucleare). Inoltre, lo studente deve avere familiarità con le conoscenze di base dell'analisi matematica (derivate e derivate parziali, differenziali, integrali ed equazioni differenziali, serie semplici) e della fisica (meccanica, elettrostatica ed elettromagnetismo).
Testi di riferimento
Essendo un insegnamento della laurea magistrale, non c'è un testo di riferimento. Sono consigliati: 1. Colloid Science: Principles, Methods and Applications, Seconda Edizione, Terence Cosgrove Editor, Wyley (raccolta di capitoli scritti da diversi autori) 2. Principles of Physical Biochemistry – Kensal E. van Holde, W. Curtis Johnson, P. Shing Ho, Seconda Edizione, Prentice Hall (disponibile presso la Biblioteca G. Illuminati del Dipartimento di Chimica) 3. Materiale proiettato a lezione 4. Lezioni in formato pdf (da programma bamboo paper) 5. Equilibrium Statistical Mechanics - F. C. Andrews, J. Wiley and Sons, INC (alcuni capotoli, testo fornito in pdf su Moodle) 6. Chimica Fisica - W. Moore, Piccin Editore (solo capitolo su Teoria di Eyring fornito in pdf da Moodle)
Modalità insegnamento
Il corso si sviluppa in settantasei ore di cui sessantaquattro frontali dedicate alla trattazione teorica degli argomenti proposti nel programma (modelli teorici, dimostrazioni, applicazioni e limiti delle equazioni ottenute, tecniche e metodologie di indagine dei sistemi dispersi) e dodici di esercitazioni, comunque frontali, in cui verranno proposti diversi sistemi di cui verranno discusse modalità e tecniche di studio. Inoltre, verranno presentati gli aspetti applicativi dei sistemi dispersi nel campo della scienza dei materiali e delle nanotecnologie.
Frequenza
La frequenza delle lezioni non è obbligatoria ma fortemente raccomandata
Modalità di esame
La valutazione avverrà attraverso una prova orale in cui lo studente dovrà discutere le proprietà chimico-fisiche delle soluzioni di colloidi e di polimeri, i modelli ad esse correlate, e le tecniche utilizzate per il loro studio (principi delle tecniche e metodologia di applicazione). Verrà valutata la capacità di analisi, di sintesi e chiarezza di espressione dello studente. Verranno discussi sistemi semplici, ma significativi, per valutare la capacità dello studente di inquadrarli nel giusto contesto e di scegliere le corrette metodologie di studio. Inoltre, lo studente dovrà dimostrare di conoscere alcune applicazioni dei sistemi studiati nel campo della scienza dei materiali.
Bibliografia
Per approfondimenti: 1. Intermolecular and Surface Forces - Jacob N. Israelachvili, terza edizione, Elsevier (disponibile presso la Biblioteca G. Illuminati del Dipartimento di Chimica) 2. Biophysical Chemistry, secondo volume: Techniques for the Study of Biological Structure and Function, terzo volume: Transitions in polymers: Ising model – Charles R. Cantor, Paul R. Schimmel – W. H. Freeman and Company (disponibile presso la Biblioteca G. Illuminati del Dipartimento di Chimica) 3. Alcuni articoli pubblicati su riviste internazionali che verranno discussi durante le lezioni
Modalità di erogazione
Il corso si sviluppa in settantadue ore dedicate alla trattazione teorica degli argomenti proposti nel programma (modelli teorici, dimostrazioni, applicazioni e limiti delle equazioni ottenute, tecniche e metodologie di indagine dei sistemi dispersi).Verranno presentati gli aspetti applicativi dei sistemi dispersi nel campo della scienza dei materiali e delle nanotecnologie.
MARCO D'ABRAMO Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma
Introduzione ai colloidi. Definizione di colloidi e loro catalogazione: aerosols, emulsioni, sospensioni colloidali, gels, dispersioni solide, colloidi di associazione, cristalli liquidi. I colloidi e la chimica fisica delle interfasi. Stabilità dei colloidi: forze interparticellari, le forze intermolecolari alla base delle interazioni interparticellari, forze di van der Waals e costante di Hamaker, influenza del mezzo solvente, interazioni elettrostatiche: il doppio strato elettrico, influenza di materiali adsorbiti sulla superficie delle particelle, adsorbimento reversibile, effetto di polimeri. Potenziale DLVO. Processi di distruzione dei colloidi. Cenni sull’interesse dei colloidi nelle nanotecnologie. Polimeri e ruolo delle forze che ne determinano la conformazione. Statistica configurazionale di catene polimeriche: distanza end-to-end, raggio di girazione, contour length e lunghezza di persistenza. Volume escluso. Modello di catene random walk. Modello di Porod-Kratki per polimeri rigidi. Equilibri conformazionali in polimeri: transizioni cooperative e non cooperative. Trattazione meccanico-statistica delle transizioni cooperative secondo il modello di Ising. Interazioni polimeri-ligandi in condizioni di equilibrio. Costanti macroscopiche e microscopiche. Modello dei siti di legame indipendenti: Scatchard plot. Siti di legame interagenti: plot e costanti di legame secondo il modello di Hill. Binding cooperativo e non cooperativo. Principi della diffusione di radiazioni. Polarizzabilità della materia (orientazionale, di distorsione ed elettronica). La diffusione elastica e anelastica della radiazione elettromagnetica. Diffusione di Rayleig e di Thompson. Interferenza delle onde diffuse da un distribuzione discreta e continua di diffusori. Radiazione diffusa da una dispersione di particelle colloidali in presenza di solvente (caso dei raggi-X e della luce). Diffusione statica della luce e dei raggi-X. Intensità diffusa da una dispersione di particelle piccole rispetto alla lunghezza d’onda della radiazione incidente. Il fattore di struttura e la funzione di distribuzione radiale. Compressibilità osmotica e sviluppo del viriale. I coefficienti del viriale dalla termodinamica statistica. Il plot di Debye. Intensità diffusa da una dispersione di particelle grandi rispetto alla lunghezza d’onda della radiazione incidente. Fattore di forma e raggio di girazione. Il plot di Zimm, di Guinier. I polimeri e il plot di Kratky. Polidispersità ed effetti sulla determinazione della massa e del raggio di girazione. Ricostruzione della struttura a bassa risoluzione di particelle colloidali in soluzioni diluite. Soluzioni concentrate ed approssimazione di disaccoppiamento. Descrizione delle strumentazioni per misure di diffusione della luce e di raggi-X a piccoli angoli. Esperienze di laboratorio. Diffusione dinamica della luce. Dipendenza dal tempo dell’intensità diffusa. Funzioni di autocorrelazione del campo elettrico e dell’intensità della luce diffusa. Coefficiente di diffusione collettiva. Polidispersione: analisi dei cumulanti e metodi per la determinazione della distribuzione dei tempi di rilassamento. Funzioni di autocorrelazione per dispersioni di particelle grandi e contributo rotazionale. Esperienza di laboratorio. Risonanza magnetica nucleare in gradiente di campo magnetico pulsato. Richiami sui principi della risonanza magnetica nucleare. I tempi di rilassamento. Sequenza spin echo ed esperimento di Hahn. Sequenza spin echo ed esperimento di Hahn. Spin-echo in gradiente di campo magnetico pulsato: sequenze principali. Il coefficiente di auto diffusione. Polidispersione: valore medio e distribuzione dei coefficienti di diffusione. Diffusione traslazionale e proprietà dei colloidi. Effetti delle interazione sui coefficienti di auto diffusione e di diffusione collettiva. Coefficiente di diffusione libera: equazione di Stokes-Einstein e raggio idrodinamico. Metodi per il calcolo del raggio idrodinamico dalla struttura delle particelle. Dicroismo Circolare. Attività ottica. Origini fisiche del dicroismo circolare. Descrizione della strumentazione. Calcolo del dicroismo circolare di un dimero (exciton splitting). Il dicroismo circolare nelle proteine, acidi nucleici e aggregati supramolecolari. Calcoli semiempirici per la simulazione di spettri.
Prerequisiti
Prerequisiti necessari per un apprendimento consapevole degli argomenti proposti nell'insegnamento di Chimica Fisica IV sono la termodinamica classica (i tre principi, equilibrio chimico, termodinamica delle soluzioni, transizioni di fase), la termodinamica statistica (principi, insieme statistici di equilibrio, funzione di ripartizione microcanonica e canonica, modello gas perfetto), la meccanica quantistica (principi, modelli semplici come oscillatore armonico, particella in una buca di potenziale, rotatore rigido, sistemi atomici e molecolari a singolo elettrone, cenni riguardo la risoluzione dell'equazione di Schrødinger per sistemi poli-elettronici), le spettroscopie classiche (vibrazionale, elettronica, di fluorescenza, di risonanza magnetica nucleare). Inoltre, lo studente deve avere familiarità con le conoscenze di base dell'analisi matematica (derivate e derivate parziali, differenziali, integrali ed equazioni differenziali, serie semplici) e della fisica (meccanica, elettrostatica ed elettromagnetismo).
Testi di riferimento
1. Intermolecular and Surface Forces - Jacob N. Israelachvili, Terza edizione, Elsevier. 2. Principles of Physical Biochemistry – Kensal E. van Holde, W. Curtis Johnson, P. Shing Ho, Seconda Edizione, Prentice Hall 3. Biophysical Chemistry, secondo volume: Techniques for the Study of Biological Structure and Function – Charles R. Cantor, Paul R. Schimmel – W. H. Freeman and Company 4. Colloid Science: Principles, Methods and Applications, Seconda Edizione, Terence Cosgrove Editor, Wyley 5. Materiale proiettato a lezione 6. Alcuni articoli di recente pubblicazione che verranno discussi a lezione
Modalità insegnamento
Il corso si sviluppa in settantasei ore di cui sessantaquattro frontali dedicate alla trattazione teorica degli argomenti proposti nel programma (modelli teorici, dimostrazioni, applicazioni e limiti delle equazioni ottenute, tecniche e metodologie di indagine dei sistemi dispersi) e dodici di esercitazioni, comunque frontali, in cui verranno proposti diversi sistemi di cui verranno discusse modalità e tecniche di studio. Inoltre, verranno presentati gli aspetti applicativi dei sistemi dispersi nel campo della scienza e di materiali e delle nanotecnologie.
Frequenza
La modalità di frequenza è frontale /tradizionale
Modalità di esame
La valutazione avverrà attraverso una prova orale in cui lo studente dovrà discutere le proprietà chimico-fisiche delle soluzioni di colloidi e di polimeri, i modelli ad esse correlate, e le tecniche utilizzate per il loro studio (principi delle tecniche e metodologia di applicazione). Verrà valutata la capacità di analisi, di sintesi e chiarezza di espressione dello studente. Verranno discussi sistemi semplici, ma significativi, per valutare la capacità dello studente di inquadrarli nel giusto contesto e di scegliere le corrette metodologie di studio. Inoltre, lo studente dovrà dimostrare di conoscere le possibili applicazioni dei sistemi studiati nel campo della scienza dei materiali.
Modalità di erogazione
Il corso si sviluppa in settantasei ore di cui sessantaquattro frontali dedicate alla trattazione teorica degli argomenti proposti nel programma (modelli teorici, dimostrazioni, applicazioni e limiti delle equazioni ottenute, tecniche e metodologie di indagine dei sistemi dispersi) e dodici di esercitazioni, comunque frontali, in cui verranno proposti diversi sistemi di cui verranno discusse modalità e tecniche di studio. Inoltre, verranno presentati gli aspetti applicativi dei sistemi dispersi nel campo della scienza e di materiali e delle nanotecnologie.
  • Codice insegnamento1020350
  • Anno accademico2024/2025
  • CorsoChimica
  • CurriculumChimica Organica e Biomolecolare
  • Anno1º anno
  • Semestre1º semestre
  • SSDCHIM/02
  • CFU9
  • Ambito disciplinareDiscipline chimiche inorganiche e chimico-fisiche