PROYECTO DOCENTE Química Física II Grp Clases Teóricas...

Datos básicos del Programa de la asignaturaTitulación: Grado en QuímicaAño plan de estudio: 2009

Curso implantación: 2018-19Departamento: Química FísicaCentro sede

Departamento:

Facultad de Química

Nombre asignatura: Química Física IICódigo asigantura: 1770012Tipología: OBLIGATORIACurso: 2Periodo impartición: SEGUNDO CUATRIMESTRE

Créditos ECTS: 7,5Horas totales: 187,5Área de

conocimiento:

Química Física

Otros datos básicos de la asignaturaProfesor coordinador: RAFAEL RODRIGUEZ PAPPALARDOProfesores: RAFAEL RODRIGUEZ PAPPALARDOTribunales de

evaluación y apelación

de la asignatura:

Presidente: MANUEL MARIA DOMINGUEZ PEREZ

Vocal: PILAR MARIA DEL PEREZ TEJEDA

Secretario: MARIA LUISA MOYA MORAN

Suplente 1: DOMINGO GONZALEZ ARJONA

Suplente 2: RAFAEL RODRIGUEZ PAPPALARDO

Suplente 3: JAIME OVIEDO LOPEZHorarios: https://quimica.us.es/Calendario de

exámenes:

https://quimica.us.es/docencia/horarios-y-examenes/examenes-grado-y-do

ble-grado

Objetivos y competencias

Objetivos docentes específicos:

PROYECTO DOCENTE

Química Física II

Grp Clases Teóricas Química Física II.

CURSO 2018-19

Última modificación 11/10/2018 Página 1 de 14

- Conocer los principios de la Mecánica Cuántica y su aplicación a la descripción de las propiedades

de los átomos, las moléculas y los sólidos.

- Conocer el origen de los fenómenos espectroscópicos y el fundamento cuántico de las diferentes

técnicas para la determinación de los diversos parámetros estructurales moleculares.

- Tener los conocimientos teóricos necesarios para relacionar el comportamiento macroscópico de

la materia con las propiedades microscópicas a través de los principios de la Termodinámica

Estadística.

- Reconocer la importancia de la Química Física y su potencialidad generando y aplicando modelos

en otras áreas de la Química y otras Ciencias e Ingenierías.

- Adquirir conocimientos básicos en el empleo de programas de cálculo mecanocuántico, de

simulación e interpretación de espectros y de simulaciones estadísticas.

Competencias transversales genéricas:

Capacidad de análisis y síntesis

Compromiso ético

Capacidad de organizar y planificar

Conocimiento de una segunda lengua

Trabajo en equipo

Resolución de problemas

Razonamiento crítico

Competencias específicas:

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a) Competencias relativas al conocimiento:

E05. Conocer las técnicas principales de investigación estructural, incluyendo espectroscopía.

Se entrena de forma intensa

E07. Conocer los principios de mecánica cuántica y su aplicación en la descripción de la estructura

y propiedades de átomos y moléculas.


E15. Conocer la relación entre propiedades macroscópicas y propiedades de átomos y moléculas

individuales: incluyendo macromoléculas (naturales y sintéticas), polímeros, coloides y otros

materiales.

Se entrena de forma moderada

E17. Conocer las técnicas instrumentales y sus aplicaciones.


b) Competencias relativas a las habilidades y destrezas

E22. Desarrollar capacidades para demostrar el conocimiento y comprensión de los hechos

esenciales, conceptos, principios y teorías relacionadas con la Química.


E23. Desarrollar capacidad de aplicar dichos conocimientos a la resolución de problemas

cualitativos y cuantitativos según modelos previamente desarrollados.


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E24. Adquirir competencias para evaluar, interpretar y sintetizar datos e información Química.


E25. Desarrollar capacidades para reconocer y llevar a cabo buenas prácticas en el trabajo

científico.


E26. Adquirir competencias para presentar, tanto en forma escrita como oral, material y

argumentación científica a una audiencia especializada.


E27. Adquirir destreza en el manejo y procesado informático de datos e información química.


E30. Desarrollar habilidad para la observación, seguimiento y medida de propiedades, eventos o

cambios químicos, y el registro sistemático y fiable de la documentación correspondiente.


E31. Desarrollar habilidad para manejar instrumentación química estándar, como la que se utiliza

para investigaciones estructurales y separaciones.


E32. Desarrollar capacidades para la interpretación de datos procedentes de observaciones y

medidas en el laboratorio en términos de su significación y de las teorías que la sustentan.


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Contenidos o bloques temáticos

Contenidos generales:

- Los fundamentos de la Mecánica Cuántica y su aplicación a la descripción de la estructura

electrónica de átomos, moléculas y sólidos.

- Los principios de la Termodinámica Estadística y sus aplicaciones al estudio de sistemas de

interés químico.

- Los fundamentos de las principales técnicas espectroscópicas y su aplicación al estudio de las

estructuras de átomos, moléculas y otros sistemas de interés químico.

- La introducción en el uso de aplicaciones informáticas de interés en la modelización de sistemas

de interés químico, incluyendo métodos mecanócuánticos, estadísticos y de simulación de

espectros.

Los contenidos teóricos se dividen en trece lecciones, que pueden agruparse en cuatro grandes

bloques.

a) Fundamentos de la Química Cuántica y su aplicación a sistemas sencillos, incluyendo la

vibración y rotación en moléculas diatómicas.

b) Estructura electrónica de átomos y moléculas.

c) Espectroscopía de moléculas poliatómicas, incluyendo las espectroscopías de resonancia de

spin.

d) Fundamentos de Termodinámica Estadística y su aplicacion a sistemas de interés químico.

Programa teórico detallado de la asignatura:

- Fundamentos de la Mecánica Cuántica. Ecuación de Schrödinger.

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- Postulados de la mecánica cuántica.

- Aplicación de la mecánica cuántica a sistemas sencillos.

- Conmutación de operadores.

- Vibración y rotación en mecánica cuántica.

- Introducción a la espectroscopía. Espectroscopía rotacional y vibracional.

- El átomo de hidrógeno.

- Átomos polielectrónicos.

- Estados cuánticos para átomos polielectrónicos y espectroscopía atómica.

- Estructura electrónica molecular.

- Espectroscopía electrónica molecular.

- Espectroscopías de resonancia de spin.

- Termodinámica estadística.

Para un total de 14 semanas, cada semana incluye dos clases de teoría y una de seminarios a

grupos reducidos.

El programa de clases prácticas se desarrolla a través de una serie de prácticas de laboratorio, en

las que se pretende que el alumno realice una serie de experimentos que ilustran los contenidos del

programa teórico.

- Métodos de electrones independientes. Estudio de sistemas orgánicos conjugados con el método

Hückel.

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- Análisis de orbitales moleculares de moléculas diatómicas.

- Cálculo de espectros de vibración de compuestos orgánicos sencillos.

- Superficies de energía potencial.

(a) Barrera conformacional en CH3X-CH3Y (con X,Y=F,Cl,Br)

(b) Reacción SN2: X- + CH3Y -> XCH3 + Y- (donde X e Y son Cl y Br).

(c) Isomerización de HNC a HCN. Isomerización de RNC a RCN.

(d) Transferencia de H en derivados del malonnaldehído.

- Termoquímica. Cálculo teórico de calores de reacción.

Actividades formativas y horas lectivas

Actividad Créditos Horas

A Clases Teóricas 2,8 28

D Clases en Seminarios 1,4 14

G Prácticas de Informática 2 20

Metodología de enseñanza-aprendizaje

Clases teóricas:

Clases magistrales con elementos multimedia y material docente complementario (transparencias,

páginas web,...)

Clases en seminarios:

Resolución de problemas.

Prácticas de Informática:

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Introducción en el uso de aplicaciones informáticas de interés en la modelización de sistemas de

interés químico, incluyendo métodos mecanócuánticos, estadísticos y de simulación de espectros.

Sistemas y criterios de evaluación y calificación

El sistema de evaluación de las competencias, conocimientos y capacidades adquiridas por los

estudiantes se basará en los siguientes elementos (Art. 6.1 de la Normativa Reguladora de la

Evaluación y Calificación de las asignaturas (NECA)).

a)Actividades de evaluación continua

b)Exámenes

Las actividades de evaluación continua consistirán en las clases prácticas y seminarios, siendo la

asistencia a ambas actividades obligatorias para poder superar la asignatura en la modalidad de

evaluación por curso. El tanto por ciento mínimo de asistencia se fija en el 80% siempre que las

faltas estén justificadas (Art. 6.2 de la NECA).

Los exámenes se realizarán en las fechas acordadas en Junta de Centro o en su defecto por

acuerdo entre los alumnos y el profesor de la asignatura.

Sistemas de evaluación:

1.- Sistema de evaluación por curso

La calificación final del alumno en esta modalidad será una media ponderada de las actividades de

evaluación continua (clases prácticas y seminarios) y del examen, exámenes u otras actividades de

evaluación realizadas, siempre que en cada uno de los tres apartados haya obtenido una

calificación mínima que se acordará en la reunión de coordinación de la asignatura y que figurará en

el proyecto docente de cada profesor.

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La calificación del examen o exámenes contribuirá entre un 60% y un 80% a la calificación final, y

cada una de las calificaciones de las clases prácticas y seminarios contribuirá en, al menos, un 10%

a la calificación final. Los porcentajes exactos se acordarán en la reunión de coordinación y

figurarán en el proyecto docente de cada profesor.

En caso de que la calificación en alguno de los apartados sea inferior a la mínima requerida, se

entenderá que el alumno no ha superado la evaluación por curso.

Si un alumno no asiste o no supera las acividades de evaluación contínua se entiende que no se le

puede aprobar por curso y tendrá que concurrir a la evaluación mediante un examen final de todos

los contenidos teóricos de la asignatura.

2.- Evaluación mediante un examen final

Aquellos alumnos que no hayan superado el sistema de evaluación por curso podrán concurrir a un

examen final, quedando los contenidos de los seminarios englobados en dicho examen final.

En cualquiera de las convocatorias los alumnos se examinarán obligatoriamente de todos los

contenidos teóricos de la asignatura.

La no superación por curso de las actividades prácticas llevará consigo la realización de un examen

práctico cuya fecha será acordada por la Junta de Centro o en su defecto por el profesor y los

representantes de los alumnos.

La calificación final se obtendrá según la media ponderada en la que la calificación de las clases

prácticas (o examen práctico) supondrán entre el 10-20% de la calificación final y el examen final

escrito entre el 90-80%. Los porcentajes exactos se acordarán en la reunión de coordinación y

deberán figurar en el proyecto docente de cada profesor.

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Alumnos repetidores

Los alumnos repetidores tienen el derecho de volver a realizar las actividades de evaluación

continua de la asignatura, tratándose la calificación de la misma forma que un alumno no repetidor.

En la reunión de coordinación de la asignatura se decidirá la obligatoriedad o no de repetir las

actividades de evaluación continua, lo que figurará en todos los proyectos docentes.

Ordenación temporal de los contenidos

1.- (2 días) Fundamentos de la Mecánica Cuántica. Ecuación de Schrödinger.

Colapso de las ideas clásicas: radiación del cuerpo negro, efecto fotoeléctrico, dualidadonda-partícula. Espectros atómicos y modelo de Bohr del átomo de hidrógeno. La ecuación deSchrödinger. Operadores, observables, funciones propias y valores propios. Operadores ymecánica cuántica.

2.- (2 días) Postulados de la mecánica cuántica.

Estados y función de onda. Representación de observables por operadores. Valor esperado yresultado de una medida individual. Significado físico de la función de onda. Evolución temporal deun sistema mecano-cuántico.

3.- (1 día) Aplicación de la mecánica cuántica a sistemas sencillos.

La partícula libre. La partícula en una caja mono-, bi- y tridimensional de paredes infinitas. Barrerasfinitas y efecto tunel.

4.- (1 día) Operadores y mecánica cuántica.

Relaciones de conmutación. Principio de incertidumbre de Heisenberg.

5.- (3 días) Vibración y rotación en mecánica cuántica.

Oscilador armónico monodimensional. Cuantización del momento angular. Funciones propias yvalores propios de los operadores de momento angular. Los armónicos esféricos. El rotor rígido.

6. (3 días) Termodinámica estadística.

Microestados y configuraciones. Ley de distribución de Boltzmann. Función de partición. El conjuntocanónico. Funciones de partición traslacional, rotacional y vibracional en un gas ideal. La función departición electrónica. Evaluación de magnitudes termodinámicas a partir de propiedadesmoleculares. Equilibrio químico.

7.- (3 días) Espectroscopía rotacional y vibracional.

Interacción de la radiación con la materia. Absorción, emisión espontánea y emisión estimulada.Reglas de selección. Espectroscopía vibracional. Espectroscopía rotacional. Efecto Raman.

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8.- (2 días) El átomo de hidrógeno.

Ecuación de Schrödinger para átomos hidrogenoides. Orbitales hidrogenoides, Función dedistribución radial.

9. (4 días) Átomos polielectrónicos.

El átomo de helio. Spin electrónico. Principio de antisimetría. Determinantes de Slater. Método devariaciones. El método de Hartree-Fock.

10. (2 días) Estados cuánticos para átomos polielectrónicos y espectroscopía atómica.

Aproximación de electrones independientes. Números cuánticos, términos, niveles y estados.Acoplamiento spin-órbita. Efecto Zeeman. Fundamentos de espectroscopía atómica.

11. (2 días) Estructura electrónica molecular.

Aproximación de Born-Oppenheimer. La molécula H2+. Concepto de orbital molecular. Combinaciónde orbitales atómicos para formar orbitales moleculares. Orbitales para moléculas diatómicashomonucleares. Orden de enlace, energía de enlace y longitud de enlace. Moléculas diatómicasheteronucleares.

12. (3 días) Espectroscopía electrónica molecular.

Símbolos de los términos moleculares. Transiciones entre estados electrónicos de moléculasdiatómicas. Estructura fina vibracional. Absorción de radiación UV-visible en moléculaspoliatómicas. Transiciones entre el estado fundamental y estados excitados. Transicionessinglete-singlete: absorción y fluorescencia. Cruzamiento entre sistemas y fosforescencia.

13. (0 días) Espectroscopía de resonancia magnética nuclear y de resonancia de spin electrónico.

Momento angular intrínseco y momento magnético. Energía de núcleos con spin nuclear no nulo enpresencia de un campo magnético. Desplazamiento químico. Desdoblamiento en mutipletes de lospicos de RMN. Resonancia paramagnética electrónica.

Bibliografía recomendada

Bibliografía General:Química FísicaAutores: Peter Atkins y Julio de PaulaEdición: 8ªPublicación: Editorial Médica Panamericana, 2006ISBN: 978-950-06-1248-7

Physical ChemistryAutores: Keith J. Laider, John H. Meiser, Bryan C. SanctuaryEdición: 4ªPublicación: Houghton Mifflin Company, 2003ISBN: 0-618-12341-5

Fisicoquímica

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Autores: Ira N. LevineEdición: 5ªPublicación: McGraw-Hill, 2004ISBN: 84-481-3787-6

Química FísicaAutores: Thomas Engel y Philip ReidEdición: 1ªPublicación: Pearson, Addison Wesley, 2006ISBN: 978-84-7829-077-2

Bibliografía Específica:Química CuánticaAutores: Ira N. LevineEdición: 5ªPublicación: Pearson Educación S.A. 2001ISBN: 84-205-3096-4

Química Física. Problemas de Espectroscopía. Fundamentos, átomos y moléculas diatómicasAutores: Alberto Requena y José ZúñigaEdición: -Publicación: Pearson, Prentice Hall, 2007ISBN: 978-84-8322-367-3

Principles of Quantum MechanicsAutores: Donald D. FittsEdición: -Publicación: Cambridge University Press, 2002ISBN: 0 521 65841 1

Información adicionalEn http://catedrax.us.es habrá información actualizada sobre la asignatura así como los contenidosde las clases teóricas y seminarios.

- Sistema SI de unidades. Definición de las unidades del Sistema Internacional.

http://physics.nist.gov/cuu/Units/index.html

- Constantes fundamentales. Valores actualizados de las constantes fundamentales

http://physics.nist.gov/cuu/Constants/index.html

-Polinomios de Hermite

http://mathworld.wolfram.com/HermitePolynomial.html

- Polinomios de Legendre

http://mathworld.wolfram.com/LegendrePolynomial.html

- Armónicos esféricos

http://mathworld.wolfram.com/SphericalHarmonic.html

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-Trigonometría. Fórmulas útiles como la expresión en términos de exponenciales complejas

http://mathworld.wolfram.com/Trigonometry.html

- Relaciones trigonométricas

http://mathworld.wolfram.com/topics/TrigonometricIdentities.html

- Operadores hermíticos

http://mathworld.wolfram.com/HermitianOperator.html

- Operadores lineales

http://mathworld.wolfram.com/LinearOperator.html

-YACAS

http://yacas.sourceforge.net/homepage.html

-MAXIMA. Sistema de álgebra Computacional

http://maxima.sourceforge.net/es

-WIRIS

http://www.juntadeandalucia.es/averroes/wiris

Criterios de calificación del grupo

1.- Sistema de evaluación por curso

La calificación mínima en cada una de las actividades (clases prácticas, seminarios y examen) seráde 4 para calcular la media ponderada. En caso de que la calificación en alguno de los apartadossea inferior a la mínima requerida, se entenderá que el alumno no ha superado la evaluación porcurso.

La calificación del examen contribuirá un 65% a la calificación final, las clases prácticas un 15% ylos seminarios un 20%.

2.- Evaluación mediante un examen final.

El alumno deberá examinarse obligatoriamente de todas las actividades en las que su calificaciónsea inferior a 4. La nota final se obtendrá como media ponderada de la calificación de las prácticas(15%) y el examen final (85%). En este último se engloban los contenidos de los seminarios y delexamen previo.

Las actividades de evaluación continua deberán realizarse en cada curso.

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