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Interfaces, Colóides e Auto-Agregação

Código: Q4097     Sigla: Q4097     Nível: 400

Áreas Científicas
Classificação Área Científica
OFICIAL Química

Ocorrência: 2020/2021 - 2S Ícone do Moodle Ícone  do Teams

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

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla Nº de Estudantes Plano de Estudos Anos Curriculares Créditos UCN Créditos ECTS Horas de Contacto Horas Totais
M:CTN 8 Plano Oficial a partir de 2020_M:CTN 1 - 6 42 162

Docência - Responsabilidades

Docente Responsabilidade
Eduardo Jorge Figueira Marques Regente

Docência - Horas

Teórica: 1,50
Práticas Laboratoriais: 1,50
Tipo Docente Turmas Horas
Teórica Totais 1 1,50
Eduardo Jorge Figueira Marques 1,50
Práticas Laboratoriais Totais 1 1,50
Eduardo Jorge Figueira Marques 1,50

Língua de trabalho

Inglês

Objetivos

Esta disciplina visa a familiarização dos estudantes com conceitos e fundamentos de química-física de interfaces e colóides, bem como com a sua aplicação direta na compreensão de processos e técnicas usados no quotidiano e na indústria.

Resultados de aprendizagem e competências

No final da disciplina, o estudante deverá ser capaz de:
- caracterizar os principais aspetos físico-químicos envolvidos nos diferentes tipos de interfaces;
- compreender os diferentes tipos de sistemas coloidais, suas propriedades e relação estrutura-função;
- reconhecer os fundamentos básicos dos principais métodos de caraterização de interfaces e colóides;
- compreender aspectos essenciais do mecanismo de atuação de diversos materiais coloidais de uso corrente;
- aplicar e desenvolver capacidades de pesquisa, partilha e comunicação de conhecimento.

Modo de trabalho

Presencial

Programa

I - Aulas teóricas

1. Introdução aos sistemas coloidais, interfaces e nanomateriais moles
1.1 Definição de sistema coloidal e interface; interdependência; escala coloidal. Tipos de interfaces. Tipos de sistemas: dispersões coloidais, soluções macromoleculares e colóides associativos; propriedades diferenciadoras.
1.2 Forma, tamanho e polidispersão de partículas coloidais.
1.3 Propriedades de transporte, elétricas e ópticas de sistemas coloidais.

1.4 Moléculas anfifílicas e sistemas auto-organizados; interfaces biológicas; importância técnica, industrial e biológica.


2. Interfaces
2.1 Interfaces líquido-gás e líquido-líquido: tensão superficial e interfacial; visão molecular, mecânica e termodinâmica; métodos de medição da tensão superficial; equação de Young-Laplace; superfícies curvas e capilaridade.
2.2 Interfaces líquido-gás: propriedades de excesso superfícial; modelo de adsorção de Gibbs; isotérmica de adsorção de Gibbs.
2.3 Filmes moleculares: monocamadas de Gibbs e de Langmuir; transições de fase em monocamadas insolúveis; filmes de Langmuir-Blodgett; aplicações.
2.4 Interfaces sólido-líquido e líquido-líquido: fenómenos de molhagem e espalhamento; equação de Young; ângulo de contato e sua medição; energia crítica de superficie de sólidos; aplicações.
2.5 Interfaces sólido-líquido e sólido-gás: fenómenos de adsorção; principais isotérmicas de adsorção (Langmuir, Freundlich e BET).

3. Sistemas auto-organizados e nanostruturas coloidais

3.1 Modelos moleculares e termodinâmicos para a agregação. Parâmetro crítico de empacotamento do surfactante e modelo de curvatura espontânea.
3.2 Micelas: concentração micelar crítica e temperatura de Krafft; termodinâmica da micelização; fatores que influenciam a cmc; forma micelar, crescimento e solubilização.
3.3 Bicamadas: estrutura, composição e dinâmica; transições de fase. Vesículos ou lipossomas: estrutura e estabilidade.
3.4 Cristais líquidos, microemulsões e emulsões; espumas.
3.5 Comportamento de fase de surfactantes e lipídos: diagramas de fase binários e ternários; métodos de caracterização. Modificação e controlo de agregação.

4. Polímeros em solução
4.1 Massa molecular médio de um polímero. Regimes de concentração de soluções poliméricas. Conformação da cadeia polimérica; fatores definidores.
4.2 Teoria de Flory-Huggins: aspectos termodinâmicos básicos. Solubilidade do polímero e fenómenos críticos.
4.3 Comportamento de macromoléculas em solução e em superfícies; polieletrólitos e copolímeros de bloco.
4.4 Sistemas mistos surfactante/polímero; modelos; concentração de agregação crítica. Aspectos reológicos; aplicações.

5. Interações e estabilidade coloidais
5.1 Interações eletrostáticas: modelo elétrico de dupla camada elétrica; potencial zeta e suas consequencias; interações de van der Waals.
5.2 Teoria DLVO de estabilidade coloidal; coagulação e floculação. Interações não DLVO.

6. Métodos de caraterização estrutural e dinâmica de sistemas coloidais e interfaces.
7. Aplicações técnicas, industriais e biomédicas de colóides e interfaces.

II. Aulas práticas

- Trabalhos práticos laboratoriais: 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; preparação e caracterização de lipossomas e cristais líquidos.
- Apresentações orais: tópicos associados aos cap. 6 e 7 do programa, desenvolvidos por grupos de estudantes.

Bibliografia Obrigatória

Hiemenz Paul C.; Principles of colloid and surface chemistry. ISBN: 0-8247-7476-0
Shaw Duncan J.; Introduction to colloid and surface chemistry. ISBN: 0-408-71049-7
Butt Hans-Jurgen; Physics and chemistry of interfaces. ISBN: 978-3-527-41216-7
Evans D. Fennell; The colloidal domain. ISBN: 1-56081-525-6

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.

Nas aulas práticas, os estudantes irão aplicar os fundamentos teóricos em trabalhos laboratoriais e contactar com técnicas de estudo de sistemas coloidais e interfaces. As aulas práticas incluem também o desenvolvimento de um tópico de investigação atual, que será apresentado oralmente.

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

Componentes de Ocupação

Designação Tempo (Horas)
Apresentação/discussão de um trabalho científico 10,00
Estudo autónomo 76,00
Frequência das aulas 56,00
Trabalho laboratorial 20,00
Total: 162,00

Obtenção de frequência

Para obtenção de frequência, os alunos não poderão exceder um número de faltas nas aulas práticas igual a 1/4 do número de aulas previstas.

Fórmula de cálculo da classificação final

A nota final da disciplina é calculada da seguinte forma:

NF = 0.60 x N(AC) + 0.40 x N(Testes).

A nota de avaliação contínua N(AC) compreende a realização dos trabalhos práticos (0.30) e apresentações orais (0.30).

A nota N(Testes) calcula-se segundo:
0.50 x N(T1) (teste 1) + 0.50 x N(T2) (teste 2).

Para aprovação, o estudante terá de obter: N(T1) ≥ 8, N(T2) ≥8, N(Testes) ≥ 10 e NF ≥ 10.

Melhoria de classificação

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