Course syllabus
Kurs-PM
KFK176 Kolloid- och ytkemi
LP3 VT25 (6 hp)
Kursen ges av institutionen för Kemi och kemiteknik
Kontaktuppgifter
Examinator och föreläsare
professor Lars Evenäs
lars.evenas@chalmers.se
031 772 2973
Lärare (laborationer)
doktorand Jessica Itxel Vasquez Matias (itxel@chalmers.se)
doktorand Hanna Larsson (hlar@chalmers.se)
doktorand Nasim Nahavandizadeh (nasmim@chalmers.se)
Studentrepresentanter
kursrepresentant Sofie Persson
kursrepresentant Erika Sjögren
årskursrepresentant Minou Larsson
Kursens syfte
Kursen avser att ge grundläggande kunskaper i kolloid- och ytkemi. De kolloidala systemens egenskaper analyseras utgående från ett fysikaliskt kemiskt perspektiv, där begreppen intermolekylär växelverkan, entropi och kemisk potential är centrala. Kursen skall också ge ökad färdighet i experimentell metodik och teknisk/vetenskaplig rapportering.
Schema
Schema med föreläsningar och räknestugor finns under Moduler. Laborations-PM inklusive schema finns under Moduler. Därtill finns samtliga laborationsförberedande kompendier samlade på samma plats. Gruppindelning finner ni under Personer. Ifall en student inte kan närvara vid laboration gäller följande: i första hand söka byte med annan student i en annan grupp, i andra hand (dvs t.ex. plötsligt sjukdomsfall) ta kontakt med examinator. Ifall byte med annan student sker, ska examinator meddelas så snart bytet är överenskommet.
Kurslitteratur
G.M. Kontogeorgis, S. Kiil
Introduction to Applied Colloids and Surface Chemistry
Wiley, 2016
Dessutom kan
Atkins, de Paula och Friedman
Physical Chemistry, Quanta, Matter, and Change
som var kurslitteratur i Fysikalisk kemi, komma till anväadning. Boken kommer inte att användas direkt, men i och med att kursen i kolloid- och ytkemi bygger på kursen i fysikalisk kemi kan det vara bra att ha tillgång till en lärobok i ämnet.
Kursens upplägg
Kursens innehåll
Kursen inleds med en översikt där olika exempel på kolloider presenteras. Klassificering, terminologi och framställningsprinciper tas också upp. Kopplingen mellan kolloidkemin och ytkemin betonas. Olika metoder för karakterisering diskuteras. Kolloidala partiklars rörelse i medier analyseras (Brownsk rörelse, diffusion, sedimentation). Ytspänningens betydelse för droppar och bubblors fysikaliska egenskaper studeras (Laplace ekvation, Kelvins ekvation) samt dess betydelse för vätning av ytor (Youngs ekvation). Gibbs adsorptionsisoterm härleds och diskuteras, speciellt i samband med micellbildning. Monolagers fysikaliska egenskaper behandlas i samband med diskussion av ytvågen. Tensiders fysikaliska kemi diskuteras med fokus på micellers termodynamik och struktur (CMC, Krafftpunkt, hydrofob växelverkan, solubilisering, kritisk packningsparameter). Ytelektriska egenskaper behandlas utgående från Gouy-Chapmanmodellen av det elektriska dubbelskiktet. Resultaten utnyttjas för att beskriva elektrokinetiska fenomen (Hückels, Henrys, och Smoluchowskis ekvationer för elektroforetisk mobilitet) och växelverkan mellan kolloidala partiklar med DLVO-teorin, vilken i sin tur utnyttjas för att förstå kolloidal stabilitet (Schulze-Hardys regel, koagulationskinetik). Egenskaperna hos skum (dränering, ytelasticitet, ytviskositet) och emulsioner (HLB-tal) samt mikroemulsioner behandlas också. En kort diskussion av polymermodellen fritt ledad kedja (entropisk fjäder, storleksmått) ingår också i kursen.
Lärandemål
- karakterisera olika typer av kolloidala system samt kunna relatera egenskaper till molekylär struktur och dispersionsmediets egenskaper
- använda grundläggande ytkemiska begrepp för att lösa relevanta problem avseende ytspänning, vätning, spridning och kapillaritet
- analysera resultat från ytspänningsmätningar för att dra kvantitativa slutsatser om molekylers adsorption vid gränsytor
- använda grundläggande modeller för kolloidala partiklars växelverkan, termodynamik och kinetik för att lösa relevanta problem avseende kolloidala systems stabilitet
- beskriva egenskaper och stabiliseringmekanismer hos emulsioner och skum
- utföra enklare laborativa mätningar samt kunna analysera, diskutera och skriftligt rapportera resultaten från dessa
Undervisningsformer och examination
Kursen består av föreläsningar, räknestugor/konsultationstillfällen samt laborationer. Laborationerna är obligatoriska. För godkänt betyg på kursen krävs:
- Godkända laborationer med skriftlig redovisning (se Lab-PM). Laborationerna motsvarar 1.5 hp och rapporteras separat;
- Godkänd tentamen (betyg 3). Betygsgränser (av maximalt 40 p): Betyg 3: 20 p; Betyg 4: 26 p; Betyg 5: 32 p.
Tillåtna hjälpmedel vid salstentamen: Utdelad formelsamling, Physics Handbook, BETA Mathematics Handbook (utan anteckningar/indexeringar). Räknare av valfri typ med tömt minne, vilket innebär att anteckningar/sammanfattningar på papper eller i elektronisk form ej får medföras. Observera att tabellerna inte är nödvändiga. Formelsamlingen täcker kursen väl.