Presentación del grupo 8210 - 2011-1.

TEMAS SELECTOS DE FÍSICA ESTADÍSTICA (Agosto-2010)

MATERIA CONDENSADA BLANDA

Dr. Guillermo Ramírez Santiago

Instituto de Fisica, UNAM

La “Materia Condensada Blanda” es un termino conveniente para referirse a los estados de lamateria que se consideran entre los líquidos simples y los sólidos cristalinos y en consecuencia no pueden ser descritos usando Teoría de Líquidos Simples o Teoría del Estado Sólido. Algunos ejemplos de estos estados son aquellos que se presentan cuando se tienen partículas coloidales –partículas de tamaño nanométrico y micrométrico--, cristales líquidos – arreglos moleculares formados por moléculas no-esféricas--, polímeros –macromoléculas formadas por cadenas flexibles de moléculas--, así como agregados moleculares que se pueden obtener a través de la agregación, ensamblaje y auto-ensamblaje de muchas moléculas. Debido a lo anterior, las escalas de longitud y tiempo asociadas a estos sistemas se encuentran entre las escalas atómicas y escalas macroscópicas. La mayoría de los nuevos materiales y desarrollos tecnológicos recientes hace uso de muchas de las propiedades básicas de estos sistemas moleculares. También es importante notar que la materia viva, --citoesqueleto, células, proteínas, ADN, neuronas, etc., están constituidos por materia blanda y en consecuencia los fenómenos de ensamblaje y auto-ensamblaje molecular están presentes en la mayoría de los sistemas biológicos, que en el guaje actual se denomina “Materia viva”.

Objetivos específicos:

a) Entender las propiedades colectivas de agregados o ensamblajes de cantidades grandes de átomos y moléculasen términos de sus interacciones moleculares.

b) Caracterizar el comportamiento macroscópico de estos sistemas en términos de las energías de enlace molecular así como las escalas de longitud y tiempo microscópicas.

c) Comprender que la presencia de materia blanda así como sus diferentes características y propiedadesde ensamblaje y auto-ensamblaje son necesarias para que ocurran diferentes procesos biológicos básicos tales como el crecimiento y división celular, formación del ADN, etc.

Temario del Curso

1.- Fuerzas, energías y escalas de tiempo en sistemas de materia condensada.

·Gases, líquidos y sólidos.

·Comportamiento viscoso, elástico y viscoelástico.

·Líquidos y vidrios

2.- Transiciones de fase en materia condensada blanda.

·Transición mezclado-desmezclado de dos líquidos. Diagramas de fase de equilibrio.

·Cinética de la separación de dos fases líquidas.

·Transición sólido-líquido.

3.- Dispersiones coloidales.

·Partícula coloidal en un líquido.

·Ley de Stokes y movimiento Browniano.

·Fuerzas entre partículas coloidales.

·Fases de agregación y estabilidad de suspensiones coloidales.

·Flujo en suspensiones coloidales concentradas.

4.- Polímeros.

·Estructuras y arquitecturas poliméricas.

·Caminantes aleatorios y caracterización de cadenas poliméricas.

·Propiedades mecánicas y elásticas de “derretidos” poliméricos.

·Viscoelasticidad y modelo de reptación.

5.- Introducción a la teoría de gelación.

·Clases de geles.

·Modelo de percolación.

·Modelo de Flory-Stockmayer.

6.- Cristales líquidos.

·Fases de un cristal líquido.

·Transición temático-isotrópico.

·Defectos topológicos.

·Propiedades eléctricas y magnéticas.

·Cristales líquidos poliméricos.

7.- Ensamblaje y auto-ensamblaje molecular.

·Fases de auto-ensamblaje en soluciones de moléculas anfifílicas.

·Auto-ensamblaje en polímeros.

8.- Materia condensada blanda en sistemas biológicos.

·Componentes y estructura de la célula.

·Ácidos nucleicos y ADN .

·Proteínas.

·Membranas.

·Citoesqueleto.

Bibliografía

1.Richard A. L. Jones, “Soft Condensed Matter”, Oxford University Press (2002).

2.Thomas A. Witten & Philip A. Pincus, “Structured Fluids”, Oxford University Press (2004).

3.D. Fennnell Evans & HÅkan WennerstrÖm, “The Colloidal Domain: Where Physics, Chemistry, Biology and Technology Meet”, Wiley-VCH (1999).

4.Gert Strobl, “Condensed Matter Physics”, Springer-Verlang (2003).

5.David Boal, “Mechanics of the Cell”, Cambridge University Press (2002).

6.P.M. Chaikin & T.C. Lubensky, “Principles of Condensed Matter Physics”, Cambridge University Press (2000).