Postgrado en Física Facultad de Ciencias Universidad Central de Venezuela FÍSICA DE LOS FENÓMENOS INTERFACIALES

Rafael Martín Landrove Laboratorio de Física Estadística y Fenómenos Colectivos, Centro de Resonancia Magnética y Departamento de Física, Escuela de Física Universidad Central de Venezuela Dirección electrónica: rmartin@fisica.ciens.ucv.ve Duración: 16 semanas a razón de 4 horas semanales. Frecuencia y creación: La frecuencia del curso responderá a la demanda. Creado y dictado por primera vez en Octubre de 1997 por el Dr. Rafael Martín. Prelaciones: Se recomienda haber cursado Mecánica Estadística y Fenómenos Críticos. Tipo de Curso: Fundamentalmente teórico con algunos experimentos y simulaciones. Para las simulaciones no se requiere experiencia previa en herramientas computacionales, ya que los programas a emplear en el curso van a tener carácter demostrativo. También se contempla la realización de prácticas de laboratorio también demostrativas en el Laboratorio de Física Molecular del Centro de Resonancia Magnética y en el Laboratorio de Fenómenos Interfaciales del Centro de Física del Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas. Número de Créditos: Cuatro (4) créditos. Objetivos del Curso: Los objetivos fundamentales del curso pueden resumirse como: Introducir a la termodinámica estadística de los fenómemos interfaciales. Presentar las teorías más importantes sobre fuerzas presentes en las dispersiones coloidales. Discutir la física básica de las emulsiones, microemulsiones, vesículas, micelas y monocapas de Langmuir, así como los factores que afectan su estabilidad. Discutir la importancia tecnológica y biológica de todas estas estructuras. Al finalizar el curso el estudiante será capaz de: Entender la fenomemología básica. Hacer cálculos de dificultad elemental, intermedia y compleja con los que pueda apoyarse para reunir suficientes elementos de juicio en la toma de decisiones asociadas a situaciones prácticas. Manejar la literatura relevante del área. Método de Evaluación: Dos exámenes de 25 % de peso cada uno y tareas semanales con un peso total de 50 %. El primer examen se tomará a mitad de semestre y el segundo será un final, donde se revisará toda la materia. Ambos exámenes constarán de una parte escrita y otra oral. Contenido Programático 1. Materiales complejos, interfases y tensión interfacial:           Revisión de mecánica estadística clásica. Separación de fases en mezclas binarias. Geometría diferencial de superficies. Revisión de hidrodinámica. Termodinámica de superficies. Energía libre de superficies e interfases. La ecuación de adsorción de Gibbs. Comportamiento termodinámico de partículas pequeñas. Teoría de tensión interfacial y superficial. Surfactantes (8 horas). 2. Fluctuaciones y humectabilidad de interfases:           Energía libre de una región interfacial fluctuante. Fluctuaciones de origen térmico. Inestabilidades capilares. Transiciones observadas sobre superficies sólidas. Mojamiento de interfases. Descripción macroscópica del equilibrio. Teoría macroscópica de interacciones de largo alcance. Fluctuaciones de la línea de contacto. Descripción microscópica del equilibrio. Dinámica del mojamiento (10 horas). 3. Interfases rígidas e interfases flexibles:           Interacciones moleculares. Estructura de los líquidos. Energías de la interacción de Van der Waals. Teoría del continuo para interacciones de Van der Waals. Teoría de London sobre las fuerzas presentes en las dispersiones. Teoría de Hamaker y efectos retardados. Aproximación de Derejaguin. Teoría moderna de las fuerzas presentes en dispersiones. Papel de la concentración de electrolitos. Interacciones electrostáticas. Interacciones inducidas por el soluto. Membranas fluidas y surfactantes. Elasticidad de membranas fluidas. Módulos de curvatura. Fluctuaciones e interacciones de membranas fluidas. (10 horas) 4. Dispersiones coloidales:           Aspectos generales de las dispersiones coloidales. Naturaleza del estado coloidal. Importancia tecnológica y biológica de las dispersiones coloidales. Clasificación de los coloides. Contaminación de superficies y procedimientos de purificación. Movimiento Browniano y difusión. Respuesta a campos eléctricos. Dispersión de luz. Respuesta a esfuerzo mecánico. Estabilidad coloidal y efectos asociados a la carga eléctrica y presencia de polímeros. Tamaño y forma de partícula. Observación microscópica directa. Distribución de tamaño de partícula. Métodos para la determinación del tamaño de partícula: Sedimentación, contadores de pulsos eléctricos, dispersión de luz, cromatografía hidrodinámica. Dispersiones de partículas interactuantes. Interacciones coloidales: Teoría DLVO (Derejaguin- Landau- Verwey- Overbeek). Interacciones electrostáticas de largo alcance. Interacciones estéricas: Adsorción de polímeros. Estructura de agregados coloidales. Formación y estabilidad de emulsiones. Tipos de emulsiones y su estructura interfacial. Mecanismos de separación y su inducción (12 horas). 5. Anfifilos autoensamblados:           Termodinámica estadística de los anfifilos autoensamblados. Estructura y transiciones de fase de las soluciones micelares. Concentración micelar crítica (CMC) y factores que la afectan. Formación y crecimiento micelar, flexibilidad y polimorfismo en soluciones diluidas. Papel de los iones. Cristales líquidos micelares. Bases Técnicas espectroscópicas para investigar la estructura micelar. Dinámica micelar. Micelación en presencia de mezclas de surfactantes. Empaquetamiento molecular y sus efectos en la formación de agregados. Termodinámica estadística de los enpaquetamientos en cadena de micelas. Bases geométricas del polimorfismo mesomórfico. Fases lamelares. Estructura y mecanismo de formación de las microemulsiones. Termodinámica de la microemulsificación. Consideraciones geométricas y teorías de redes para describir microemulsiones. Aplicaciones de las microemulsiones. Comportamiento crítico de soluciones de surfactantes. Estructura y transiciones de fase en monocapas de Langmuir Vesículas. Fases bicontinuas. Fases semejanes a esponjas (14 horas). 6. Reología de las dispersiones coloidales:           Comportamiento independiente del tiempo de fluidos inelásticos. Comportamiento dependiente del tiempo de fluidos inelásticos. Fluidos viscoelásticos. Medida de las propiedades reológicas de fluidos inelásticos en un flujo Couette. Viscosímetro capilar. Viscosímetros cono-placa y cono-cono. Microreología. Base microscópica de los modelos reológicos (10 horas). Bibliografía           Aparte de una lista de artículos que el profesor suministrará durante el curso, se debe considerar adicionalmente la consulta de la lista de libros y artículos que se cita a continuación: Dukhin, S. S., G. Kretzschmar and R. Miller, Dynamics of Adsorption at Liquid Interfaces, North Holland 1995, The Netherlands. Gelbart, W. M., A. Ben-Shaul and D. Roux, Micelles, Membranes, Microemulsions and Monolayers, Springer-Verlag, Berlin, Germany, 1994. Hunter, R. J., Foundations of Colloid Science, volumes I and II, Oxford University Press, Oxford, UK, 1995. Probstein, R. F., Physicochemical Hydrodynamics, John Wiley & Sons 1994, New York, New York, U.S.A. Safran, S. A., Statistical Thermodynamics of Surfaces, Interfaces and Membranes, Addison-Wesley, Reading, Massachusetts, U.S.A.,1994. Scheurmann, I., M. Martín, R. Martín and J. Espidel, Bifurcation of Transversal Relaxation Rate in Emulsions, , Applied Spectroscopy, 51(1997)1281-1286. Urbina-Villalba, G., R. Martín Landrove and J. A. Guaregua, Molecular Dynamics Simulation of the Interfacial Behavior of a Heptane/Water System in the Presence of Nonylphenol Triethoxylated Surfactants. 1. Surface Energy, Surface Entropy and Interaction Energies as a Function of Temperature and Surfactant Concentration, Langmuir, 13 (1997) no. 6, p.1644-1652.