Métodos Avanzados de Investigación en Química

Física

Máster Universitario en Investigación en

Ciencias

Universidad de Alcalá

Curso Académico 2016/2017

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GUÍA DOCENTE

Nombre de la asignatura: Métodos Avanzados de Investigación en Química Física

Código: 202260 Titulación en la que se imparte: Máster Universitario Investigación en Ciencias Departamento y Área de Conocimiento:

Dpto. Química Analítica, Química Física e Ingeniería Química. Área: Química Física

Carácter: Optativa Créditos ECTS: 3 Curso y cuatrimestre: 2016-17 / 1er cuatrimestre

Profesorado:

Dr. Miguel Angel Esteso Díaz (coordinador) Dr. Luis Manuel Frutos Gaite Dra. Carmen Teijeiro Ferreira Dr. Manuel Temprado Morena

Horario de Tutoría: A concertar con el profesor Idioma en el que se imparte: Español

1. PRESENTACIÓN Esta asignatura se divide en dos bloques claramente diferenciados. La Electroquímica Avanzada que a su vez consta de dos partes, Electroquímica iónica y Electroquímica electródica, se enfoca directamente en las técnicas de medida y en sus aplicaciones más importantes. El estudio de los sistemas que contienen iones en disolución es de gran interés tanto a nivel químico, como biológico, farmacéutico y medioambiental. Y el uso de los diferentes métodos polarográficos y voltamétricos ofrece una gran variedad de información sobre sistemas en los que pueden tener lugar procesos redox, desde una fácil y limpia determinación a niveles micromolares hasta la creación de biosensores capaces de detectar las interacciones entre el ADN y un fármaco anticancerígeno. Por otro lado, la Química Computacional es una materia central dentro de la química moderna, donde más que una herramienta para entender resultados experimentales de todo tipo, es una herramienta predictiva ampliamente usada en la investigación química actual. Los métodos y herramientas de la química computacional abarcan un amplísimo espectro tanto de problemas como sistemas en el área de la química: desde sistemas químicos muy simples de unos pocos átomos, hasta sistemas biológicos, como proteínas o ADN, o materiales de muy diversa composición, abarcando asimismo el estudio de propiedades termoquímicas o cinéticas, mecanismo de procesos catalíticos o procesos químicos inducidos por cualquier tipo de fuente de energía. Prerrequisitos y Recomendaciones (si es pertinente) Son necesarios conocimientos previos de los fundamentos de la Electroquímica y también conocimientos básicos de química, física, matemáticas e informática a nivel de usuario.

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2. COMPETENCIAS Competencias genéricas:

1. Capacidad de análisis y gestión de la información obtenida mediante el cálculo científico y/o la experimentación.

2. Capacidad de búsqueda de información y su discusión crítica en base a la bibliografía proporcionada.

3. Capacidad para plantear problemas de manera crítica adaptando el planteamiento al objetivo del problema.

4. Resolución de problemas y toma de decisiones: aplicación del pensamiento lógico y crítico en el trabajo, para dar respuesta a situaciones en el mismo momento en que se producen.

5. Desarrollo de la capacidad de trabajo en equipo y de exposición pública de trabajos y conocimientos y defensa crítica de los mismos.

Competencias específicas:

1. Saber plantear problemas reales de caracterización de sistemas desde el punto de vista de la Electroquímica.

2. Saber usar los métodos electroquímicos más apropiados según el sistema a tratar y el problema a resolver.

3. Saber plantear problemas reales de estructura y reactividad química desde un punto de vista teórico computacional.

4. Saber usar las metodologías/aproximaciones de la química computacional más apropiadas según el sistema a tratar y el problema a resolver.

5. Conocer el software de uso habitual en modelización molecular y discernir cuál/cuales usar según el problema a resolver.

6. Ser capaz de expresar los resultados obtenidos de los cálculos realizados en una forma científico-técnica correcta, tanto de manera oral como escrita.

3. CONTENIDOS UNIDAD TEMÁTICA I: ELECTROQUÍMICA AVANZADA Lección 1.- Electroquímica iónica: Disolución electrolítica. Transporte de iones en disolución. Difusión isotérmica: determinación y aplicaciones. Conductividad: medida y aplicaciones. Números de transporte iónicos: medida por los métodos de Hittorf, límite móvil directo e indirecto y fuerza electromotriz. Aplicaciones. Lección 2.- Electroquímica electródica: Bases instrumentales y moléculas electroactivas. Aplicación de los métodos electroquímicos en Química: Elucidación de mecanismos de reacción. Aplicaciones de los métodos electroquímicos en Biología, Farmacia y Medicina. UNIDAD TEMÁTICA II: QUÍMICA COMPUTACIONAL

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Lección 3.- Introducción a los métodos de la química teórica y computacional: Mecánica molecular, métodos ab initio, teoría del funcional de la densidad. Aproximación de Born-Oppenheimer y superficies de energía potencial. Lección 4.- Determinación computacional de la estructura molecular: métodos de exploración de la superficie de energía potencial: predicción de la estructura de especies químicas. Comparación con estructuras cristalográficas y espectros vibracionales. Lección 5.- Determinación computacional de mecanismos de reacción: determinación de estados de transición e identificación de las etapas de una reacción. Cálculo de la energía de activación y propiedades cinéticas de una reacción. Lección 6.- Aplicación a problemas de estructura y reactividad en química orgánica e inorgánica.

Bloques de contenido (se pueden especificar los temas si se considera necesario)

Total de clases, créditos u horas

UNIDAD TEMÁTICA I: Electroquímica Avanzada

• Créditos ECTS Totales: 1.5

• Clases teóricas: 8 horas. • Seminarios Grupales: 4

horas

UNIDAD TEMÁTICA II.- Química Computacional

• Créditos ECTS Totales: 1.5

• Clases teóricas: 4 horas. • Seminarios Grupales: 8

horas

4. METODOLOGÍAS DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE.-ACTIVIDADES FORMATIVAS 4.1. Distribución de créditos (especificar en horas)

Número de horas presenciales: 24 Clases teóricas y seminarios: 24 h Realización de exámenes: 3 h

Número de horas del trabajo propio del estudiante: 51

Estudio autónomo: estudio independiente, elaboración trabajos, ejercicios.

Total horas 75 h

4.2. Estrategias metodológicas, materiales y recursos didácticos

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Clases Teóricas

• Se impartirán 4 horas de clase teóricas dirigidas a explicar el comportamiento de los iones en disolución y los diferentes métodos experimentales en la Electroquímica iónica.

• Se impartirán 4 horas de clase teóricas de Electroquímica electródica dirigidas a ver las diferentes informaciones obtenidas al utilizar diferentes técnicas, utilizando como ejemplo el ADN y sus diferentes respuestas.

• Se impartirán 4 horas de clases teóricas dirigidas a explicar las metodologías computacionales así como su aplicabilidad en la resolución de problemas químicos.

• Estas clases también se emplearán para orientar a los alumnos en la tarea de ampliar y profundizar en los contenidos de los diferentes temas, indicándoles los aspectos más interesantes y relevantes del programa sobre los que deben incidir.

• En cuanto a los materiales y recursos didácticos, las clases presenciales teóricas se llevarán a cabo fundamentalmente clarificando los conceptos explicados en la pizarra y con la ayuda de material audiovisual (presentaciones animadas, gráficas,...) para la comprensión de los conceptos y metodologías específicas de la asignatura.

Seminarios Grupales

• Habrá 4 horas de seminarios de Electroquímica, 2 tras las clases de Electroquímica iónica y otros 2 tras las de Electroquímica electródica, destinados a trabajar en la aplicabilidad de las diferentes técnicas.

• Los seminarios de Química computacional suponen un total de 8 horas presenciales. Se realizarán en una sala de química computacional con el fin de que tengan un alto grado práctico.

• En los seminarios se plantearán problemas generales que deberán ser resueltos por el alumno con la orientación del profesor, para los cuales se requerirá una planificación por parte del alumno de los pasos a seguir, los métodos a utilizar, seguidos finalmente de una discusión crítica de los resultados obtenidos. Esta discusión se realizará públicamente y con la participación del resto de alumnos.

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5. EVALUACIÓN: Procedimientos, criterios de evaluación y de calificación Criterios de evaluación En el proceso de aprendizaje del alumno, se valorarán fundamentalmente los siguientes aspectos: • Posesión y comprensión de conocimientos adquiridos, así como la capacidad de

aplicación de los mismos a la resolución de problemas y la interpretación de los resultados obtenidos.

• Capacidad de observación, razonamiento crítico y comunicación de los conocimientos adquiridos.

• Cumplimiento de las obligaciones, como asistencia a los seminarios grupales y tutorías regladas, realización de los ejercicios y trabajos encomendados individuales o en grupo, exposición de esos trabajos, interés demostrado, iniciativa, etc.

Criterios de calificación • Alumnos que participen de la evaluación continua: Las pruebas escritas de la asignatura

tendrán un peso del 70%, mientras que todas aquellas tareas propuestas en las clases de seminario tendrán un peso del 30%.

Con estos criterios, según el R.D 1125/2003 que regula el Suplemento al Título se adoptará la siguiente escala de calificaciones:

• Matrícula de honor (9,0-10): excelencia limitada al 5% del alumnado. • Sobresaliente (9,0-10) • Notable (7,0-8,9) • Aprobado (5,0-6,9) • Suspenso (0,0-4,9)

Procedimientos de evaluación • Los alumnos que por motivos excepcionales no participen en la evaluación continua

deberán solicitarlo por escrito al profesor en las dos primeras semanas de impartición de la asignatura explicando las razones que le impiden seguir el sistema de evaluación continua. En caso de aceptarse tal petición, el alumno será examinado en una única prueba que evaluará las capacidades y competencias descritas en esta guía.

• Se efectuarán hasta un máximo de dos pruebas escritas. La duración de estas pruebas será de un máximo de 3 horas.

• Evaluación continua, en las clases de seminarios grupales y tutorías personalizadas regladas, así como de la calidad y presentación, y en su caso, exposición de los trabajos encomendados. Asimismo se utilizará en los casos que convenga la plataforma de Aula Virtual como soporte para el trabajo individual del alumno.

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6. BIBLIOGRAFÍA

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Bibliografía Básica [1] Hiroyuki Ohno. Electrochemical Aspects of Ionic Liquids. John Wiley and Sons, 2011. [2] J.M.G. Barthel, H. Krienke, W. Kunz. Physical Chemistry of Electrolyte Solutions. Modern aspects. Springer, 1998. [3] M.R. Wright. An introduction to Aqueous Electrolyte Solutions. John Wiley & Sons, Ltd., 2007. [4] A.J. Bard and L.R. Faulkner. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications. John Wiley and Sons, 2001. [5] F. Jensen, Introduction to Computacional Chemistry, John Wiley and Sons, 1999. [6] C.J. Cramer, Essentials of Computational Chemistry, John Wiley and Sons, 2003. [7] B. Foresman, A. Frisch, Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods (Second Edition), Gaussian Inc., 1996