Química física I
GUÍA DOCENTE Curso 2014-15
Titulación: | Grado en Química | 702G |
Asignatura: | Química física I | 427 |
Materia: | Química Física |
Módulo: | Fundamental |
Carácter: | Obligatoria | Curso: | 2 | Duración: | Anual |
Créditos ECTS: | 12,00 | Horas presenciales: | 120,00 | Horas estimadas de trabajo autónomo: | 180,00 |
Idiomas en que se imparte la asignatura: | Español |
Idiomas del material de lectura o audiovisual: | Inglés, Español |
Departamentos responsables de la docencia
QUÍMICA | R112 |
Dirección: | C/ Madre de Dios, 51 | Código postal: | 26004 |
Localidad: | Logroño | Provincia: | La Rioja |
Teléfono: | 941299620 | Fax: | 941299621 | Correo electrónico: | |
Profesorado previsto
Profesor: | Baños Arribas, Irene | Responsable de la asignatura |
Teléfono: | 941299641 | Correo electrónico: | irene.banos@unirioja.es |
Despacho: | 1205 | Edificio: | EDIFICIO CIENTÍFICO TECNOLÓGICO | Tutorías: | Consultar |
Profesor: | Martínez Ruiz, Rodrigo |
Teléfono: | 941299672 | Correo electrónico: | rodrigo.martinez@unirioja.es |
Despacho: | 1103 | Edificio: | EDIFICIO CIENTÍFICO TECNOLÓGICO | Tutorías: | Consultar |
Profesor: | Millán Moneo, Judith |
Teléfono: | 941299640 | Correo electrónico: | judith.millan@unirioja.es |
Despacho: | 1204 | Edificio: | EDIFICIO CIENTÍFICO TECNOLÓGICO | Tutorías: | Consultar |
Descripción de los contenidos
- Conceptos fundamentales en Termodinámica Química.
- Equilibrios heterogéneos en sistemas de un componente.
- Disoluciones binarias no electrolíticas.
- Estudio termodinámico del equilibrio químico.
- Formalismo de la Mecánica Cuántica.
- Aplicación de la Mecánica Cuántica a sistemas sencillos de interés químico.
- Átomo de hidrógeno y átomos hidrogenoides.
- Métodos aproximados en Mecánica Cuántica.
- Átomos polielectrónicos.
- El enlace químico y la estructura molecular
- Conceptos fundamentales en Termodinámica Estadística.
- Aplicaciones de la Termodinámica Estadística a la determinación de magnitudes termodinámicas de sistemas químicos sencillos.
Se realizarán prácticas de laboratorio y aula informática que incluyen:
- Experimentación en Termodinámica Química.
- Utilización de la Química Computacional para el estudio de sistemas moleculares y biomoleculares simples.
Requisitos previos de conocimientos y competencias para poder cursar con éxito la asignatura
Recomendados para poder superar la asignatura.
Se aconseja conocer Química, Complementos de Química y Matemáticas, que se cursan en 1º curso del grado en Química.
Asignaturas que proporcionan los conocimientos y competencias:
- Complementos de química
- Química
Contexto
En esta asignatura se estudian los principios físicos fundamentales que gobiernan las propiedades y el comportamiento de los sistemas químicos. Consta de tres bloques: Termodinámica Química, Mecánica Quántica y Termodinámica Estadística.
El objetivo del bloque de Termodinámica Química es adquirir los conocimientos teóricos y prácticos necesarios para comprender y analizar cuantitativamente el comportamiento macroscópico de la materia. De esta manera, se podrán establecer las condiciones de evolución espontánea de los procesos físicos y químicos, los intercambios de energía involucrados, las condiciones en las que se alcanza el equilibrio y los factores que lo modifican..
En el bloque correspondiente a Mecánica Cuántica se pretende que el estudiante del Grado de Química se introduzca en este disciplina mediante la presentación de los fundamentos de la Mecánica Cuántica y su aplicación a diversos sistemas de interés químico. Se da especial relevancia a las aplicaciones computacionales de la Química Cuántica, mediante la propuesta de varias sesiones de talleres computacionales.
En el bloque correspondiente a Termodinámica Estadística, se pretende que el estudiante conozca los conceptos fundamentales de la Termodinámica Estadística y su aplicación para el cálculo de diversas magnitudes termodinámicas en sistemas químicos sencillos. En última instancia se pretende que el estudiante entienda que existe la posibilidad de analizar las propiedades termodinámicas de un sistema mediante un enfoque estadístico, análisis que permite hacer las mismas predicciones que el realizado desde un punto de vista fenomenológico.
Los conocimientos adquiridos en esta asignatura deben servir, así mismo, para abordar el estudio de otras asignaturas incluidas en el Plan de Estudios, para cuyo desarrollo y comprensión es necesario conocer la estructura formal y la metodología contenidas en esta asignatura.
Competencias
Competencias generales
- CGIT01: Ser capaz de analizar y sintetizar información.
- CGIT02: Mostrar capacidad de organización y planificación.
- CGIT03: Comunicar información de manera oral y escrita.
- CGIT04: Comprender textos escritos en una segunda lengua relacionados con la propia especialidad.
- CGIT05: Usar las tecnologías de información y comunicación.
- CGIT06: Resolver problemas.
- CGIP01: Trabajar en equipo.
- CGIP03: Adquirir y aplicar el compromiso ético.
- CGIP04: Razonar de manera crítica.
- CGS02: Realizar un aprendizaje autónomo.
Competencias específicas
- CE01: Conocer la terminología química, nomenclatura, convenios y unidades.
- CE03: Enumerar las características de los diferentes estados de la materia y conocer los modelos teóricos empleados para describirlos.
- CE06: Enunciar los principios de la química cuántica y aplicarlos a la descripción de la estructura atómica y molecular.
- CE12: Relacionar las propiedades macroscópicas y propiedades de átomos y moléculas individuales, incluyendo macromoléculas (naturales y sintéticas), polímeros, coloides y otros materiales.
- CE16: Demostrar el conocimiento y comprensión de los hechos esenciales, conceptos, principios y teorías relacionadas con las áreas de la Química.
- CE17: Resolver problemas cualitativos y cuantitativos según modelos previamente desarrollados.
- CE18: Reconocer y analizar nuevos problemas y plantear estrategias para solucionarlos.
- CE19: Evaluar, interpretar y sintetizar datos e información química.
- CE20: Valorar los riesgos en el uso de sustancias químicas y procedimientos de laboratorio.
- CE21: Manipular con seguridad las sustancias químicas y los procedimientos correctos de gestión de residuos.
- CE23: Manejar la instrumentación química estándar utilizada para investigaciones estructurales y separaciones.
- CE24: Interpretar los datos procedentes de observaciones y medidas en el laboratorio en términos de su significación y de las teorías que la sustentan.
- CE25: Procesar e informatizar datos químicos.
- CE26: Reconocer e implementar buenas prácticas científicas de medida y experimentación.
- CE27: Reconocer y valorar los procesos químicos en la vida diaria.
- CE28: Relacionar la Química con otras disciplinas.
Resultados del aprendizaje
- Conocer el formalismo y los métodos de la Termodinámica del Equilibrio.
- Aplicar la Termodinámica al estudio de problemas de interés químico.
- Abordar y resolver problemas numéricos relacionados con la Termodinámica Química.
- Realizar experiencias en el laboratorio aplicando los fundamentos de la Termodinámica Química a sistemas de interés para el químico.
- Conocer los postulados de la Mecánica Cuántica y sus consecuencias.
- Conocer y manejar los operadores necesarios para la aplicación de la Mecánica Cuántica.
- Aplicar la Mecánica Cuántica en la resolución de sistemas de interés para el químico desde los sistemas más elementales a sistemas más complejos.
- Utilizar herramientas informáticas para la resolución de sistemas moleculares y biomoleculares simples mediante la aplicación de la Mecánica Cuántica.
- Conocer los fundamentos de la Termodinámica Estadística.
- Aplicar la Termodinámica Estadística a sistemas de interés para el químico.
- Utilizar herramientas informáticas para la aplicación de la Termodinámica Estadística en sistemas de tamaño reducido así como para simular sistemas moleculares de dimensiones representativas de la realidad.
Temario
PROGRAMA DE TEORÍA:
Tema 1.-Conceptos fundamentales en Termodinámica Química
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Conceptos fundamentales en Termodinámica
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Primer y Segundo Principio de Termodinámica
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Funciones de Gibbs y Helmhotz: Predicción del estado de equilibrio o evolución espontánea de un sistema termodinámico
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Relaciones termodinámicas para un sistema en equilibrio
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Potencial químico
Tema 2.- Equilibrios heterogéneos en sistemas de un componente
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Conceptos fundamentales: Fases. Componentes. Grados de libertad o varianza
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Regla de las fases
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Transiciones de primer orden: Ecuación de Clapeyron. Vaporización, fusión, sublimación y transiciones sólido-sólido
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Diagrama de fases. Estudio de varios sistemas representativos
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Equilibrio líquido - vapor en sustancias puras: Presión de vapor y temperatura. Ecuación de Clapeyron-Clausius y aplicaciones de la misma
Tema 3.- Disoluciones binarias no electrolíticas
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Mezclas binarias líquidas ideales. Definición y características. Estudio de la solubilidad de gases y sólidos en líquidos
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Soluciones diluidas ideales no electrolíticas. Distribución de un soluto entre dos disolventes inmiscibles. Propiedades coligativas de las disoluciones
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Soluciones reales no electrolíticas. Definición de actividad y diversas clases de coeficientes de actividad
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Equilibrio líquido-vapor en sistemas binarios. Destilación
Tema 4.- Estudio termodinámico del equilibrio químico.
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Constante de equilibrio y distintas formas de expresarla
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Efecto de las variables externas sobre la posición de equilibrio de un sistema reaccionante
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Variación de la constante de equilibrio con la temperatura
Tema 5.- Fundamentos de la Mecánica Cuántica
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Introducción histórica
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Fundamentos matemáticos
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Postulados de la Mecánica Cuántica
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Principio de indeterminación de Heisenberg
Tema 6.- Aplicación de la Mecánica Cuántica a sistemas sencillos de interés químico
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La partícula en una caja monodimensional
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La partícula en una caja bidimensional y tridimensional
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Oscilador armónico monodimensional
Tema 7.- Momento angular
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El momento angular en Mecánica Clásica
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Operadores de momento angular en Mecánica Cuántica
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El rotor rígido de dos partículas
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Armónicos esféricos
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Operadores ascendente y descendente del momento angular
Tema 8.- Átomo de hidrógeno y átomos hidrogenoides
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Ecuación de Schrödinger para un átomo o ion hidrogenoide
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Orbitales hidrogenoides
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Unidades atómicas
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Espín electrónico
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Interacción espín-órbita
Tema 9.- Métodos aproximados en Mecánica Cuántica
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Método variacional
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Método de perturbaciones
Tema 10.- Átomos polielectrónicos
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Método del campo autoconsistente de Hartree
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Principio de exclusión de Pauli
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Determinantes de Slater
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Operadores de momento angular en átomos polielectrónicos
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Adición de momentos angulares. Términos espectrales
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Efecto Zeeman
Tema 11.- El enlace químico y la estructura molecular
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Aproximación de Born-Oppenheimer
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La molécula-ion H2+
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La molécula de H2
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Método de orbitales moleculares
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Metodo de enlaces de valencia
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Moléculas diatómicas homo y heteronucleares
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Moléculas poliatómicas
Tema 12.- Conceptos fundamentales en Termodinámica Estadística
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Necesidad de la Termodinámica Estadística
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Conceptos fundamentales en Termodinámica Estadística
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Ley de distribución de Boltzmann
Tema 13.- Aplicaciones de la Termodinámica Estadística a la determinación de magnitudes de sistemas químicos sencillos
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La función de partición
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Formulación estadística de las propiedades termodinámicas
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Factorización de la función de partición
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Cálculo de la función de partición traslacional
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Cálculo de la función de partición nuclear
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Cálculo de la función de partición electrónica
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Cálculo de la función de partición vibracional
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Cálculo de la función de partición rotacional
PROGRAMA DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO Y AULA INFORMÁTICA:
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Experimentación en Termodinámica Química
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Utilización de la Química Computacional para el estudio de sistemas moleculares y biomoleculares simples
Bibliografía
Metodología
Modalidades organizativas
Clases teóricas
Seminarios y talleres
Clases prácticas
Estudio y trabajo en grupo
Estudio y trabajo autónomo individual
Métodos de enseñanza
Método expositivo - Lección magistral
Estudio de casos
Resolución de ejercicios y problemas
Organización
Actividades presenciales | Tamaño de grupo | Horas |
Clases prácticas de aula | Reducido | 32,00 |
Clases prácticas de aula informática | Informática | 10,00 |
Clases prácticas de laboratorio | Laboratorio | 10,00 |
Clases teóricas | Grande | 68,00 |
Total de horas presenciales | 120,00 |
Trabajo autónomo del estudiante | Horas |
Estudio autónomo individual o en grupo | 85,00 |
Preparación de las prácticas y elaboración de cuaderno de prácticas | 10,00 |
Resolución individual de ejercicios, cuestiones u otros trabajos, actividades en biblioteca o similar | 80,00 |
Resolución de ejercicios, cuestiones, trabajos de simulación u otros trabajos mediante actividades en aula informática | 5,00 |
Total de horas de trabajo autónomo | 180,00 |
Evaluación
Sistemas de evaluación | Recuperable | No Recup. |
Pruebas escritas | 70% | |
Técnicas de observación | | 10% |
Informes y memorias de prácticas | | 20% |
Total | 100% |
Comentarios
Exámenes escritos:
Parciales y Final.
- Primer examen parcial: al finalizar el primer semestre. Liberara materia si la nota es mayor o igual que 7 sobre 10 (17.5%).
- Segundo examen parcial: en última semana del segundo semestre. Liberará materia si la nota es mayor o igual que 7 sobre 10 (31.5%).
- Examen Final: 1er, 2º Parcial o ambos.
- Los parciales liberados se mantienen durante las dos convocatorias del curso.
Observaciones:
- Para los estudiantes a tiempo parcial (reconocidos como tales por la Universidad), las actividades de evaluación no recuperable podrán ser sustituidas por otras, a especificar en cada caso. Esta posibilidad se habilitará siempre y cuando la causa que le impida la realización de la actividad de evaluación programada sea la que ha llevado al reconocimiento de la dedicación a tiempo parcial.
- La evaluación continua (30%) se realizará mediante informes y memorias de prácticas de laboratorio (10%), informes y memorias de prácticas de aula informática (10%), técnicas de observación en laboratorio (5%) y técnicas de observación en aula informática (5%).
- El material didáctico (bibliografía, ejercicios, cuestiones, actividades...) se encontrará disponible en el aula virtual para todos los alumnos matriculados en esta asignatura.
Criterios críticos para superar la asignatura
La realización de las prácticas de laboratorio y de aula informática es obligatoria para superar la asignatura, así como la entrega de los correspondientes informes.
En el examen final, para superar la asignatura la nota mínima de cada parcial debe superar el 4 sobre 10.