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2020/2021

Química Cuántica

Código: 102503 Créditos ECTS: 6
Titulación Tipo Curso Semestre
2502444 Química OB 2 1
La metodología docente y la evaluación propuestas en la guía pueden experimentar alguna modificación en función de las restricciones a la presencialidad que impongan las autoridades sanitarias.

Contacto

Nombre:
Miquel Moreno Ferrer
Correo electrónico:
Miquel.Moreno@uab.cat

Uso de idiomas

Lengua vehicular mayoritaria:
catalán (cat)
Algún grupo íntegramente en inglés:
No
Algún grupo íntegramente en catalán:
Sí
Algún grupo íntegramente en español:
No

Equipo docente

Ricard Gelabert Peiri

Prerequisitos

Es necesario tener aprobada la asignatura de Fundamentos de Química de primero. Se recomienda tener también aprobadas las asignaturas de Matemáticas y Física de primero.

Objetivos y contextualización

El objetivo fundamental del curso es la adquisición de conocimientos básicos de Química Cuántica. Dado que la Química Cuántica trata con sistemas atómicos/moleculares para los que la física que se aplica es poco intuitiva, un objetivo importante del curso consiste en que los alumnos aprendan a razonar con los conceptos cuánticos y a deducir las implicaciones que conlleva a nivel macroscópico. Otro objetivo del curso consiste en que el alumno aprenda a usar las herramientas matemáticas e informáticas para resolver ejercicios de estructura atómica y molecular. El último objetivo es que el alumno se familiarice con el uso de programas de química computacional.

Competencias

  • Adaptarse a nuevas situaciones.
  • Aprender de forma autónoma.
  • Comunicarse de forma oral y escrita en la lengua nativa.
  • Demostrar iniciativa y espíritu emprendedor.
  • Demostrar motivación por la calidad.
  • Demostrar que comprende los conceptos, principios, teorías y hechos fundamentales de las diferentes áreas de la Química.
  • Gestionar la organización y planificación de tareas.
  • Gestionar, analizar y sintetizar información.
  • Mantener un compromiso ético.
  • Obtener información, incluyendo la utilización de medios telemáticos.
  • Operar con un cierto grado de autonomía e integrarse en poco tiempo en el ambiente de trabajo.
  • Poseer destreza para el cálculo numérico.
  • Proponer ideas y soluciones creativas.
  • Razonar de forma crítica.
  • Reconocer y analizar problemas químicos y plantear respuestas o trabajos adecuados para su resolución, incluyendo en casos necesarios el uso de fuentes bibliográficas.
  • Resolver problemas y tomar decisiones.
  • Utilizar correctamente la lengua inglesa en el ámbito de la Química.
  • Utilizar la informática para el tratamiento y presentación de información.

Resultados de aprendizaje

  1. Adaptarse a nuevas situaciones.
  2. Aprender de forma autónoma.
  3. Comunicarse de forma oral y escrita en la lengua nativa.
  4. Demostrar iniciativa y espíritu emprendedor.
  5. Demostrar motivación por la calidad.
  6. Describir los principios de la mecánica cuántica y reconocer su aplicación en la descripción de la estructura y las propiedades de átomos y moléculas.
  7. Gestionar la organización y planificación de tareas.
  8. Gestionar, analizar y sintetizar información.
  9. Identificar y analizar problemas relacionados con la estructura de las moléculas.
  10. Mantener un compromiso ético.
  11. Obtener información, incluyendo la utilización de medios telemáticos.
  12. Operar con un cierto grado de autonomía e integrarse en poco tiempo en el ambiente de trabajo.
  13. Poseer destreza para el cálculo numérico.
  14. Proponer ideas y soluciones creativas.
  15. Razonar de forma crítica.
  16. Resolver problemas y tomar decisiones.
  17. Resumir un texto científico relacionado con la asignatura en lengua inglesa.
  18. Utilizar la informática para el tratamiento y presentación de información.

Contenido

Clases teóricas

 

1.     Fundamentos de  mecánica cuántica

Introducción histórica. Fundamentos matemáticos. Postulados de la mecánica cuántica. Principio de indeterminación de Heisenberg. Partícula en una caja. Oscilador armònico.

 2.     Estructura atómica

Momento angular. Átomo de hidrógeno. Espín. Principio de antisimetría. Átomos polielectrónicos. Determinantes de Slater.

 3.     Estructura molecular

Aproximación Born-Oppenheimer. Molécula H2+. Aproximación OM_CLOA. Conjuntos de funciones de base. Molécula de H2. Estudios cualitativos: moléculas diatómicas y poliatómicas.

 4.     Química teórica y computacional. Determinación de la estructura electrónica

Método de Hartree-Fock. Correlación electrónica. Métodos DFT.

 5.     Química teórica y computacional. Superficies de potencial

Hipersuperficies de energía potencial. Puntos estacionarios: mínimos y puntos silla. Localización de puntos estacionarios. Termodinámica y dinámica de las reacciones químicas. Espectroscopia.

 

Clases prácticas

 

Sesión 1. Estructura electrónica. Método Hartree-Fock. Conjuntos de funciones de base

Sesión 2. Optimización de geometrías. Reactividad química I

Sesiones 3 y 4. Reactividad Química II. Estudio de un caso específico.

 

Metodología

La metodología docente se basa en cuatro tipos de actividades formativas: clases de teoría, clases de problemas, seminarios y sesiones prácticas.

Clases de teoría

El professor/a explicará el contenido del programa con la ayuda de soportes audiovisuales. Éstos estarán a disposición del alumno en el Campus Virtual.

Clases de problemas

A lo largo del curso se suministrarán los enunciados de los problemas que los alumnos deberán resolver. La resolución/planteamiento de algunos de estos problemas se hará en las clases de problemas bajo la dirección del profesor

Seminarios

Para reforzar los contenidos de teoría el profesor distribuirá a los alumnos diferentes textos, ejercicios, etc. que estos tendrán que comentar/resolver en equipo fuera del aula. en estas sesiones se pondrán en común los conocimientos adquiridos.

Clases prácticas

En las sesiones de prácticas los alumnos se familiarizarán con programas de química computacional. Las clases se realizarán por parejas y accediendo remótamente a los ordenadores de las aulas de informática de la facultad de ciencias. Los alumnos aplicarán los métodos de la química cuántica al estudio de la estructura y la reactividad de sistemas químicos. En la sesión final, bajo la dirección del profesor, aplicarán los conocimientos adquiridos a la resolución de un problema químico. Los resultados que se obtengan de este trabajo se recogerán en un informe escrito y se expondrán y discutirán en seminarios.

Actividades

Título Horas ECTS Resultados de aprendizaje
Tipo: Dirigidas      
Clases de problemas 10 0,4 1, 2, 4, 8, 11, 14, 15, 16, 13
Clases de prácticas 16 0,64 1, 2, 3, 7, 8, 10, 11, 12, 15, 16, 17, 13, 18
Clases magistrales 32 1,28 1, 2, 5, 8, 10, 11, 15
Seminarios 2 0,08 3, 8, 15, 18
Tipo: Supervisadas      
Trabajo práctico 8 0,32 3, 4, 5, 7, 8, 10, 11, 14, 15, 16, 17, 13, 18
Tipo: Autónomas      
Estudio 48 1,92 7, 11, 16

Evaluación

Exámenes escritos: Se programarán tres exámenes a lo largo del curso: dos parciales y un final. El alumno que apruebe las dos pruebas parciales NO tendrá que presentarse al examen final. El alumno que suspenda el primer parcial ya no podrá presentarse al segundo parcial y deberá ir directamente a realizar el examen de recuperación para aprobar la asignatura. La prueba FINAL de recuperación escrita evaluará toda la materia impartida durante el curso. Deberán realizarla los alumnos que hayan obtenido una nota inferior a 5 sobre 10 en alguna de las 2 pruebas parciales. Para los alumnos en esta situación la calificación definitiva será la de esta prueba final y deberá ser como mínimo de 4 sobre 10 para poder promediar con las notas de prácticas y las evidencias. También podrán presentarse a la prueba final los alumnos que deseen subir nota teniendo en cuenta que si entregan el examen la calificación definitiva será la de esta prueba final. Para participar en la recuperación es necesario que el alumno, como mínimo, se haya presentado a un parcial, haya realizado las prácticas y haya entregado al menos una evidencia.

Prácticas: La asistencia a las prácticas y la presentación de los informes es obligatoria. La última práctica se plantea como un proyecto abierto diferente para cada grupo. Los resultados obtenidos en esta práctica se presentarán y discutirán en un informe escrito en formato libre y en una exposición oral. Probablemente las prácticas deberán realizarse remotamente en los ordenadores de la facultad de ciencias.

Evidencias: A lo largo del curso los alumnos deberán entregar un mínimo de tres ejercicios complementarios sobre el temario que se ha ido desarrollando en clase. Los ejerciciosse entregarán de forma virtual y serán individuales.

Actividades de evaluación

Título Peso Horas ECTS Resultados de aprendizaje
Evidencias 15% 6 0,24 5, 6, 8, 9, 10, 15, 16, 13
Exámenes escritos (parcial y final) 55% 7 0,28 3, 15, 16, 13
Prácticas 30% 21 0,84 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 11, 12, 14, 15, 16, 17, 13, 18

Bibliografía

BIBLIOGRAFIA BÁSICA

“Química Cuántica” J. Bertran, V. Branchadell, M. Moreno, M. Sodupe, Ed. Síntesis. ISBN:84-7738-742-7 (versió electrònica a www.sintesis.com)

 

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA

"Química Cuántica" I.N. Levine, Ed. prentice Hall. ISBN: 84-205-3096-4

"Absolutely Small" M. D. Fayer, Ed. McGraw-Hill. ISBN: 978-0814414880

"Elementary Quantum Chemistry" F.L. Pilar, Ed. McGraw-Hill. ISBN: 0-07-100857-8

"Molecular Quantum Mechanics" P.W. Atkins, Ed. Oxford, ISBN: 0-19-855170-3