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CHIMICA FISICA IV

Dati insegnamento

  • Insegnamento: CHIMICA FISICA IV
  • Anno: Primo anno
  • Semestre: Primo semestre
  • Tipo attività: Attività formative caratterizzanti
  • CFU: 9
  • SSD: CHIM/02

Caratteristiche

TitoloCodiceCFUSSDAmbito disciplinareOre AulaOre esercitazioniOre Laboratorio
Attività formative caratterizzantiB9CHIM/02Discipline chimiche inorganiche e chimico-fisiche6412N.D.

Canali

NESSUNA CANALIZZAZIONE
DocenteDipartimento
ANITA SCIPIONI

Obiettivi

Questo corso intende presentare una panoramica delle proprietà chimico-fisiche dei sistemi colloidali e delle soluzioni di polimeri e delle tecniche spettroscopiche e strutturali che ne permettono la caratterizzazione. Alla fine del corso, lo studente dovrebbe aver acquisito conoscenze sulle proprietà chimico-fisiche delle soluzioni colloidali e polimeriche e delle metodologie sperimentali più comuni utilizzate per il loro studio.

Libri di testo

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

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 ordine-disordine cooperative e non cooperative. Trattazione meccanico-statistica delle transizioni ordine-disordine secondo il modello zipper e 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. Il dicroismo circolare nelle proteine, acidi nucleici e aggregati supramolecolari. Calcoli semiempirici per la simulazione di spettri.
DocenteDipartimento
OLGA RUSSINA

Obiettivi

Questo corso intende presentare una panoramica delle proprietà chimico-fisiche dei sistemi colloidali e delle soluzioni di polimeri e delle tecniche spettroscopiche e strutturali che ne permettono la caratterizzazione. Alla fine del corso, lo studente dovrebbe aver acquisito conoscenze sulle proprietà chimico-fisiche delle soluzioni colloidali e polimeriche e delle metodologie sperimentali più comuni utilizzate per il loro studio.

Libri di testo

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, 2nd Edition, Terence Cosgrove Editor, Wyley

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 ordine-disordine cooperative e non cooperative. Trattazione meccanico-statistica delle transizioni ordine-disordine secondo il modello zipper e 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 Rayleigh 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.

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. Il dicroismo circolare nelle proteine, acidi nucleici e aggregati supramolecolari. Calcoli semiempirici per la simulazione di spettri.