PHYSICAL CHEMISTRY OF SOFT MATTER
Academic year2023/24
CourseCHEMISTRY
Code314CC
Credits6
PeriodSemester 1
LanguageItalian
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) |
| CHIMICA FISICA DELLA SOFT MATTER | CHIM/02 | LEZIONI | 48 | |
Obiettivi di apprendimento
Conoscenze
Lo studente che ha terminato il corso sostenendo con successo il relativo esame sarà in grado di dimostrare una solida conoscenza delle proprietà chimico-fisiche dei materiali parzialmente ordinati che rientrano nella cosiddetta "soft matter".
lo studente sarà in grado di discutere e argomentare quali siano le principali tecniche sperimentali e i modelli teorici sviluppati per lo studio e la caratterizzazione chimico-fisica dei cristalli liquidi, dei sistemi liotropici (come membrane e micelle), delle dispersioni colloidali e di altri sistemi parzialmente ordinati.
Knowledge
The student who completes the course successfully will be able to demonstrate a solid knowledge of the main issues related to physical-chemical properties of soft matter, including both theoretical and experimental aspects.
The student will be able to discuss in the detail the main features of the experimental techniques and theoretical models developed and used to characterize soft materials, such as liquid crystals, membranes, micellar systems, colloids and other partially ordered materials.
Modalità di verifica delle conoscenze
Durante il corso, il docente accerta le conoscenze con domande aperte all’inizio della lezione.
Durante il corso, il docente organizza le lezioni cercando di coinvolgere i ragazzi nella risoluzione di alcuni problemi relativi alla caratterizzazione chimica-fisica di materiali soffici.
Assessment criteria of knowledge
During the course, the teacher assesses students’ knowledge open questions at the beginning of the lessons.
During the course, the teacher organizes some lessons by using the problem solving approach concering the characterization of physical and chemical properties of soft materials.
Capacità
- Lo studente sarà in grado di discutere in modo adeguato grafici e diagrammi che descrivono sia risultati di esperimenti che elaborazioni teoriche sulle tematiche affrontate durante il corso (proprietà chimico-fisiche dei materiali soft).
- Lo studente sarà in grado di discutere quale sia il miglior approccio sperimentale per la risoluzione di alcuni problemi relativi alla caratterizzazione della struttura, del grado di ordine e della dinamica dei sistemi parzialmente ordinati.
Skills
- Students will be able to discuss the graphs and plots with either experimental or theoretical results obtained on topics and systems descrive during the course.
- The student will be able to discuss and choose the right strategy to solve problems for the identification and characterization of the main properties of the soft materials, such as the order, the dynamics and the structure of these systems.
Modalità di verifica delle capacità
Durante il corso, il docente accerta le conoscenze dei ragazzi dando alcuni argomenti da approfondire o articoli da leggere e poi relazionare al resto della classe nella lezione successiva oppure svolgere delle attività sulla piattaforma elearning di autovalutazione.
Durante il corso, il docente organizza le lezioni cercando di coinvolgere i ragazzi nella risoluzione di alcuni problemi a partire da lavori di ricerca reali.
Assessment criteria of skills
During the course, the teacher assesses students’ knowledge by giving specific tasks to a small group of students: they will have to read documents and present them to other students in a critical way, or they will have to prepare slides and presentations and performe several activities on elearning.
During the course, the teacher organizes some lessons by using the problem solving approach.
Comportamenti
- Gli studenti dovranno confrontarsi tra loro, discutere, argomentare e presentare agli altri il loro lavoro.
Behaviors
- Students will have to discuss together, arguing and defending their positions, present their works.
Modalità di verifica dei comportamenti
- La verifica dei comportamenti descritti sopra avviene durante il corso e alla fine del corso, ed è il risultato della valutazione delle diverse attività sopra descritte.
Assessment criteria of behaviors
- The assessment of students’ attitudes is done during the course (depending on the specific activities performer) and at the end of the course.
Prerequisiti (conoscenze iniziali)
Le conoscenze di base, necessarie per seguire con profitto il corso sono:
- Concetti di base di chimica fisica (termodinamica, cinetica, spettroscopia molecolare).
Prerequisites
The basic knowledge needed to successfully follow the course includes:
- Chemical thermodynamics, kinetics, molecular spectroscopy.
Indicazioni metodologiche
- Lezioni frontali (60%), con ausilio di slide e proiezioni.
- Lezioni interattive (20%) che prevedono la partecipazione attiva degli studenti.
- Lezioni dimostrative laboratoriali (20%) dove gli studenti potranno utilizzare alcune tecniche sperimentali per lo studio di alcuni sistemi parzialmente ordinati (come i cristalli liquidi).
- Le metodologie principali adottate nelle varie lezioni tematiche sono: brainstorming, cooperative learning e flipped classroom.
- Tutti i materiali forniti a lezione sono disponibili sul sito di e-learning del corso.
- Le comunicazioni docente-studenti avvengono sia tramite e-learning che via e-mail.
- Materiale didattico aggiuntivo è fornito sul sito di e-learning (articoli, review, approfondimenti didattici).
- Il docente è a disposizione degli studenti preferibilmente attraverso ricevimenti sia collettivi che personali.
La frequenza delle lezioni è fortemente raccomandata.
Teaching methods
- Lectures (60%), with slides and projections.
- Interactive lessons (20%), where students participate.
- Laboratory activity (20%), where students have to perform several experimental studies on liquid crystals and other partially ordered systems.
- Main methodologies adopted in this course are: brainstorming, cooperative learning and flipped classroom.
- All documents, lessons slides, papers, graphics and teaching materials is available on the e-learning UNIPI web-site (moodle).
- The teacher communicates with students though e-learning chat and by email.
- The teacher is at disposal of the students at office time, for group meeting or specific tutorials.
Lessons attendance is strongly recommended.
Programma (contenuti dell'insegnamento)
Questo corso tratterà dal punto di vista chimico-fisico i materiali che rientrano nella classe della SOFT MATTER, che include i cristalli liquidi termotropici e liotropici, le soluzioni organizzate (micelle, membrane, sistemi lamellari, monolayers), i colloidi (gel, schiume, microemulsioni, ...) e altri sistemi parzialmente ordinati. Verranno affrontati sia aspetti termodinamici che aspetti chimico-fisici legati alla caratterizzazione delle sovrastrutture molecolari, del grado di ordine posizionale e orientazionali, e alla dinamica.
Questi gli argomenti trattati:
- Introduzione alla soft matter (definizioni e classificazioni).
- Chimica fisica dei cristalli liquidi termotropici; In particolare, aspetti molecolari, strutturali, orientazionali e dinamici relativi alle fasi nematiche, fasi smettiche, fasi colesteriche, fasi ferroelettriche;
- Chimica fisica dei cristalli liquidi liotropici. Composizione chimica e caratterizzazione chimico-fisica di sistemi eterogenei a base di anfifili; diagrammi di fase e caratterizzazione di sistemi micellari (micelle inverse e dirette), fasi lamellari, fasi cubiche e fasi esatiche. Chimica fisica delle membrane, dei liposomi e delle vescicole.
- Chimica fisica dei sistemi dispersi e delle interfasi. Sistemi colloidali. Emulsioni e microemulsioni. Gel e schiume. (Composizione, aspetti termodinamici e cinetici).
- Esempi di sistemi della soft matter nel campo della "food chemistry" e della "material chemistry".
- Cenni ad applicazioni nel campo della nanomedicina e nanotecnologie.
- Proprietà termodinamiche e cinetiche fondamentali.
- Modelli fenomenologici sulle transizioni di fase e sul self-assembly.
- Principali tecniche sperimentali per lo studio dell’ordine, delle transizioni di fase, della dinamica molecolare e collettiva, delle sovrastrutture molecolari (metodi spettroscopici, scattering a raggi X, cenni allo scattering neutronico, scattering di luce, microscopia ottica in luce polarizzata, cenni ai principi e alle tecniche sperimentali che fanno riferimento alla reologia).
Syllabus
Topics of the course:
- Introduction to soft matter:
- Organized solutions and lyotropic systems (micelles, membranes, lamellar phases, monolayers, microemulsions)
- Thermotropic liquid crystals (low and high molecular weigth LCs)
- Colloids, gel, foams.
- Applications in the field of FOOD CHEMISTRY
- Application in the field of MATERIAL CHEMISTRY
- Statistical and phenomenological models.
- Physical-chemistry of mesophase transitions in lyotropic and thermotropic systems.
- Structure and order of soft matter studied by chemical-physical methods.
- Dynamics of soft matter studied by chemical-physical methods.
- Main experimental methods to investigate soft materials (spectroscopy, scattering, optical microscopy, rheology)
Bibliografia e materiale didattico
Non è indicato nessun libro di testo obbligatorio.
Ci sono alcuni testi da cui sono tratti i vari argomenti che possono essere utili ad integrare il materiale già presente sul sito di elearning del corso. Ad esempio:
- I. W. Hamley, Introduction of soft matter. (nuova edizione) Wiley: 2007.
- S. Kumar, Liquid Crystals. Experimental study if physical properties and phase transition. Cambridge University Press: 2001.
- J. Goodwin, Colloids and Interfaces with Surfactants and Polymers - An Introduction.
- W.M. Gelbart, A. Ben-Shaul, D. Roux, Micelles, membranes, microemulsions and monolayers. Springer, 1994.
Bibliography
No mandatory textbooks are indicated.
The topics selected can be found in several books, such as:
- I. W. Hamley, Introduction of soft matter. (nuova edizione) Wiley: 2007.
- S. Kumar, Liquid Crystals.Experimental study if physical properties and phase transition. Cambridge University Press: 2001.
- J. Goodwin, Colloids and Interfaces with Surfactants and Polymers - An Introduction.
- W.M. Gelbart, A. Ben-Shaul, D. Roux, Micelles, membranes, microemulsions and monolayers. Springer, 1994.
Indicazioni per non frequentanti
Lo studente non frequentante è invitato ad effettuare alcuni colloqui con il docente, in preparazione dell'esame. Non sono previste variazioni nel programma né nelle modalità di esame.
Non-attending students info
The non-attending student is invited to take some lectures with the teacher in preparation for the exam. There are no variations in the program or exams.
Modalità d'esame
- L'esame è costituito da una prova orale.
- Lo studente sarà valutato sulla base della capacità dimostrata di discutere e applicare i contenuti principali del corso utilizzando la terminologia appropriata.
- il colloquio non avrà esito positivo se il candidato mostrerà ripetutamente l'incapacità di mettere in relazione parti del programma e nozioni che deve usare in modo congiunto per rispondere in modo corretto ad una domanda.
Assessment methods
- The exam consists of an oral examination.
- The student will be assessed on the basis of demonstrated ability to discuss and apply the core content of the course using the appropriate terminology.
- The interview will not succeed if the candidate repeatedly shows the inability to relate parts of the program and the notions he must use in a joint manner to answer the question correctly.
Updated: 10/08/2023 11:15
