Interfaces e Colóides

Código:

Q4020

Sigla:

Q4020

Nível:

400

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Química

Ocorrência: 2017/2018 - 2S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Química e Bioquímica
Curso/CE Responsável:	Mestrado em Química

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
M:BQ	1	Plano de Estudos do MBIOQ_2013-2014	1	-	6	56	162
M:Q	10	Plano estudos oficial até 2022/2023	1	-	6	56	162

Língua de trabalho

Português - Suitable for English-speaking students

Objetivos

Esta disciplina visa globalmente a familiarização dos estudantes com conceitos e fundamentos básicos da área de interfaces e materiais coloidais, e com a sua aplicação direta no conhecimento e compreensão de processos e técnicas usados no quotidiano, na indústria, nas aplicações biomédicas e farmacêuticas, nas nanociências e nanotecnologia, e em modernas tecnologias em geral. 

Constituem objectivos específicos da disciplina: 

(i) identificar e caraterizar diferentes tipos de sistemas coloidais e interfaces de interesse em química e bioquímica, de que são exemplos micelas, lipossomas, monocamadas e filmes nanoestruturados, membranas biológicas, emulsões, nano-e microtúbulos, cristais líquidos e géis poliméricos; 

(ii) correlacionar a organização e as interacções supramoleculares dos sistemas com as suas propriedades e comportamento macroscópicos; 

(iii) analisar o modo como as propriedades dos sistemas coloidais são usadas em interfaces biológicas (por ex., regeneração de tecidos), novos materiais (biomateriais e nanomateriais) e diversas aplicações práticas, tais como detergência e emulsificação,
entrega controlada de fármacos, terapia génica não viral e alimentos; 

(iv) conhecer técnicas experimentais importantes para caracterização de colóides e interfaces.

Resultados de aprendizagem e competências

No final da disciplina, o aluno deverá ter adquirido as seguintes competências:

- saber identificar os diferentes tipos de sistemas coloidais e suas propriedades genéricas;

- saber caracterizar os principais aspectos das interfaces;

- saber racionalizar a relação estrutura-função em diversos sistemas e materiais coloidais em química e bioquímica;

- compreender e contatar experimentalmente com algumas técnicas de caraterização de materiais coloidais;

- compreender aspectos essencias do mecanismo de funcionamento de diversos produtos e materiais usados no quotidiano e que envolvem conceitos de interfaces e colóides;

- desenvolver capacidades de pesquisa autónoma;

- partilhar e comunicar informação/conhecimentos adquiridos.

Modo de trabalho

Presencial

Programa

Aulas Teóricas

I. INTRODUÇÃO AO ESTADO COLOIDAL, INTERFACES E SISTEMAS NANO-ORGANIZADOS.

Definição de sistema coloidal e interface; interdependência. Dispersões coloidais, colóides associativos e colóides macromoleculares. Propriedades diferenciadoras básicas. Importância técnica e biológica. Tensioativos, lípidos, sistemas auto-organizados, interfaes biológicas - introdução.

II. PROPRIEDADES INTERFACIAIS, ADSORÇÃO E INTERFACES BIOLÓGICAS.

Interfaces líquido-gás e líquido-líquido: tensão superficial e interfacial; superfícies curvas e capilaridade; isotérmica de adsorção de Gibbs; adesão e coesão; filmes moleculares. Interfaces sólido-líquido e sólido-gás: molhagem e espalhamento; isotérmicas de adsorção. Interfaces biológicas.

III. SISTEMAS AUTO-ORGANIZADOS

Moléculas anfifílicas e relação estrutura-função. Fundamentos físicos e termodinâmicos da agregação. Modelos interpretativos. Visão global dos colóides associativos. Micelas: estrutura e propriedades. Bicamadas, lipossomas e membranas biológicas – estrutura e propriedades. Cristais líquidos e estruturas afins. Microemulsões e emulsões. Diagramas de fase de sistemas baseados em tensioativos e lípidos. Efeito de diferentes parâmetros físico-químicos sobre a auto-agregação.

 IV. MACROMOLÉCULAS EM SOLUÇÃO.

Propriedades de soluções de polímeros. Aspetos reológicos básicos. Interações polímero-polímero e polímero-tensioativo em solução. Diagramas de fase. Géis poliméricos.

V. INTERAÇÕES E ESTABILIDADE COLOIDAIS

Forças intermoleculares na origem das forças coloidais. Interações eletrostáticas: modelo da dupla camada eléctrica; potencial zeta e consequências. Interações de van der Waals. A teoria DLVO da estabilidade coloidal; coagulação e floculação. Forças não-DLVO.

VI . MÉTODOS MODERNOS DE CARATERIZAÇÃO ESTRUTURAL E DINÂMICA.

Visão sumária e comparativa de métodos de caraterização de sistemas coloidais. Métodos de microscopia e de dispersão de radiação. Métodos calorimétricos. Métodos espectroscópicos.

VII. APLICAÇÕES TÉCNICAS, INDUSTRIAIS E BIOMÉDICAS DE COLÓIDES E INTERFACES.

Aplicações de colóides em química e afins: detergência, emulsificação, dispersão e espumas; recuperação de crude; armazenamento de informação; novos materiais; colóides alimentares. Aplicações biomédicas e afins: lipossomas e entrega controlada de fármacos; sistemas-modelo para membranas; terapia génica não viral; biomateriais.

 

Aulas práticas

Trabalhos práticos laboratoriais e apresentações orais. Trabalhos práticos: estudos de micelização de tensioativos/lípidos por condutimetria e medição de tensão superficial; adsorção de solutos em carvão ativado; coagulação de um hidrossol de ouro; estudos de agregação de tensioativos e lípidos; caraterização por viscosimetria de fluidos newtonianos e não-newtonianos. 

Bibliografia Obrigatória

Jõnsson Bo 070; Surfactants and polymers in aqueous solution. ISBN: 0-471-97422-6
Everett D. H.; Basic principles of colloid science. ISBN: 0-85186-443-0
Hiemenz Paul C.; Principles of colloid and surface chemistry. ISBN: 0-8247-7476-0
Eisenman, George 340; Lipid bilayers and biological membranes. ISBN: 0-8247-6178-2
Shaw Duncan J.; Introduction to colloid and surface chemistry. ISBN: 0-408-71049-7
Hunter Robert J.; Foundations of colloid science. ISBN: 0-19-855188-6
Birdi K. S. 1934-; Lipid and biopolymer monolayers at liquid interfaces. ISBN: 0-306-42870-9

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Nas aulas teóricas são apresentados os conteúdos programáticos da unidade curricular, estimulando-se a participação ativa dos estudantes. Serão usados diferentes recursos educativos digitais sempre que adequado para uma melhor compreensão dos temas estudados. Nas aulas práticas, os estudantes  irão aplicar os fundamentos téoricos em trabalhos laboratoriais e contactar com técnicas de estudo de sistemas coloidais e interfaces. As aulas práticas incluem também o desenvolvimento de um tópico atual, que será apresentado oralmente.

Tipo de Avaliação: Avaliação distribuída com exame final. A nota final da disciplina é calculada da seguinte forma: NF = 0.60 x N(AC) + 0.40 x N(E). A nota de avaliação contínua N(AC) compreende  a realização dos trabalhos práticos (0.30) e apresentações orais (0.30). A nota N(E) é a classificação média obtida em dois testes a realizar durante o semestre ou, em alternativa, à classificação obtida num exame escrito no final do semestre.

Palavras Chave

Ciências Naturais > Ciências biológicas > Engenharia biológica
Ciências Físicas > Química > Química física > Química das superfícies
Ciências Físicas > Física > Propriedades da matéria condensada > Matéria mole e física de polímeros
Ciências Físicas > Química > Química aplicada > Química alimentar
Ciências Físicas > Química > Bioquímica
Ciências Físicas > Física > Biofísica > Biofísica molecular
Ciências Físicas > Química > Química aplicada > Química farmacêutica

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Prova oral	30,00
Teste	40,00
Trabalho laboratorial	30,00
Total:	100,00

Fórmula de cálculo da classificação final

A nota final da disciplina, NF, é calculada da seguinte forma: NF = 0.60 x N(AC) + 0.40 x N(E).

A nota de avaliação contínua, N(AC), compreende:

- a realização dos trabalhos práticos, com entrega de relatório simplificado (0.30);

- apresentação oral de um tópico avançado no âmbito do programa da UC (0.30).

 A nota N(E) refere-se à classificação obtida da seguinte forma:

- classificação média de 2 testes (T1 e T2) realizados durante o semestre;

- ou classificação de exame no final do semestre (em datas marcadas pelo Conselho Pedagógico)

Os estudantes que obtenham aprovação através da realização de testes, estão dispensados da realização do exame. No exame de época normal, os estudantes poderão realizar a prova por partes (T1/T2), contando para a classificação final a melhor de todas notas obtidas em T1/T2. O exame de época de recurso é uma prova integral, sem partes T1/T2.

Aprovação: estão aprovados os estudantes que obtenham conjuntamente N(E) ≥ 8 e NF ≥ 10.

Melhoria de classificação

Os estudantes poderão melhorar a nota final NF por melhoria da componente N(E).