Description and contextualization of the subject

- Thermodynamics in solids

- Thermal Analysis (DSC, TGA)

- Surface analysis

Learning outcomes of the subject

Knowledge and determination of structure, properties and applications of the different families of materials: metallic, polymeric, ceramic (glass included), composites and functional materials.





Knowledge of principles and mechanisms that provokes the material deterioration as well as methods to avoid it, and suggesting how to improve materials to optimize their use.

Temary

1. Capilaridad

Tensión superficial energía libre superficial. La ecuación de Young-Laplace. El fenómeno de la capilaridad: discusión matemática y aspectos experimentales. Los métodos para la determinación de la tensión superficial: de desprendimiento, basados en la forma de gotas o burbujas estáticas, dinámicos. Comparación de resultados.

2. La naturaleza y la termodinámica de las interfases líquidas

Sistemas monocomponentes. Tratamiento estructural y teórico de interfases líquidas. Orientación de interfases. La termodinámica de sistemas binarios. La determinación de cantidades de exceso. Monocapas tipo Gibbs.

3. Películas superficiales y sustratos líquidos

Introducción. La extensión de un líquido en el seno de otro. Las técnicas experimentales para el estudio de películas monomoleculares. Los estados o fases de una película monomolecular. Películas mixtas. Las velocidades de evaporación través de películas monomoleculares. La disolución de monocapas. Reacciones químicas en películas monomoleculares.

4. Aspectos eléctricos de la química superficial

La doble capa eléctrica. La capa de Stern. La energía libre de una doble capa difusa. La repulsión entre capas planas dobles. El potencial dseta. La electrocapilaridad. La interfase sólido-líquido electrificada. Tipos de potenciales y el significado de una diferencia de potencial cuando se encuentran implicadas dos fases. Los potenciales voltaicos, las diferencias de potencial superficiales y la función de trabajo termoiónica. Los potenciales de electrodo. Fenómenos irreversibles en electrodos.

5. Fuerzas de largo alcance

Las fuerzas entre átomos y moléculas. Fuerzas de largo alcance. Fuerzas de largo alcance en disolución. Fuerzas en sistemas biológicos. La presión de desunión. El agua anómala. La propagación de dipolo-dipolo inducido.

6. Las superficies de sólidos

Introducción. La termodinámica de cristales. Estimaciones teóricas de energías superficiales y de energías libres. Los factores que afectan a las energías superficiales y a las tensiones superficiales de cristales reales. Estimaciones experimentales de energías superficiales y de energías libres. Reacciones químicas en superficies sólidas.

7. La formación de una nueva fase: nucleación y crecimiento de cristales

La teoría clásica de nucleación. Estudios experimentales de nucleación. El crecimiento de cristales. Crecimiento epitaxial y nucleación superficial.

8. La interfase sólido-líquido: el ángulo de contacto

Energías superficiales y cambios en la solubilidad. Energías superficiales a partir de estudios de inmersión, adsorción, ¿El ángulo de contacto. La histéresis del ángulo de contacto. Métodos experimentales y medidas del ángulo de contacto. Teorías sobre los fenómenos relacionados con el ángulo de contacto. El modelo de la distorsión del potencial.

9. La interfase sólido-líquido: La adsorción desde disoluciones

La adsorción de especies no electrolitos a partir de disoluciones diluidas. La adsorción de polímeros. La adsorción irreversible. La adsorción de electrolitos. Fotofísica y fotoquímica del estado adsorbido

10. Fricción, lubricación y adhesión

Fricción entre superficies no lubrificadas. Casos especiales de fricción. La fricción metálica: efecto de las películas de óxidos. La fricción entre no-metales. Consideraciones adicionales. Fricción entre superficies lubrificadas. Adhesión.

11. Humectación, flotación y detergencia

Mojado o humectación. Repulsión del agua. Flotación. Propiedades de la asociación coloides-micelas. Detergencia.

12. Emulsiones, espumas y aerosoles

Propiedades generales de las emulsiones. Los factores que afectan a la estabilidad de una emulsión. El envejecimiento y la inversión de una emulsión. El balance hidrofilo-lipófilo. Microemulsiones. La estructura de una espuma. El drenaje de espumas. La estabilidad de una espuma. Los aerosoles.

13. Películas superficiales macromoleculares, películas cargadas u capas de Langmuir-Blodgett

Películas poliméricas tipo Langmuir. Películas proteínicas tipo Langmuir. Otras películas biológicas. Membranas, bicapas y vesículas. Películas en interfases líquido-líquido y en superficies líquidas no acuosas. Películas cargadas. Películas tipo Langmiur-Blodgett.

14. La interfase sólido-gas. Consideraciones generales.

El área superficial de los sólidos. La estructura y la naturaleza química de las superficies sólidas. La naturaleza del complejo sólido-adsorbato.

15. La adsorción de gases y el tiempo de adsorción.

La isoterma de adsorción de Langmuir. Procedimientos experimentales. Las isotermas BET y otras relacionadas. Isotermas basadas en ecuaciones de estado de la película adsorbida. La teoría del potencial. Comparación de áreas superficiales a partir de varios modelos multicapa. La isoterma característica y conceptos relacionados. Quimicofísica de la adsorción submonocapa. Transiciones de fase en la región multicapa. La termodinámica de la adsorción, Comparación crítica de los diferentes modelos para la adsorción. Adsorción física en superficies heterogéneas. Velocidad de adsorción. La adsorción en sólidos porosos: histéresis.

16. Quimisorción y Catálisis

La quimisorción desde el punto de vista molecular. Las isotermas de quimisorción. La cinética de la quimisorción. Movilidad superficial. El enlace de quimisorción. Mecanismos en catálisis heterogénea. La influencia de la isoterma de adsorción en la cinética de catalizadores heterogéneos. Algunos ejemplos.

17.- Corrosión y protección

La corrosión en materiales metálicos. Potencial de electrodo. Series galvánicas. Clasificación de la corrosión. Corrosión atmosférica. Corrosión bajo influencia de factores mecánicos. Protección anticorrosiva. Tratamientos superficiales. Protección metálica. Intemperización de los materiales plásticos. Estabilización frente a intemperie de los materiales plásticos.

Bibliography

Basic bibliography

1. A. W. Adamson y A. P. Gast. Physical Chemistry of Surfaces. 6ª edición. Wiley-Interscience (1997).

2. E. M. McCash. Surface Chemistry. Oxford University Press (2001).

3. J. P. Eberhardt. Structural and Chemical Analysis of Materials. Wiley (1991)

4. C. H. Bartholomew y R. J. Farrauto. Fundamentals of Industrial Catalytic Processes. 2ª edición. Wiley-Interscience (2006).