Química  Física  I

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DEPARTAMENTO PROFESOR/ES
Química Irene Baños Arribas   (Responsable)
Rodrigo Martínez Ruiz
Judith Millán Moneo
TITULACIONES EN LAS QUE SE IMPARTE LA ASIGNATURA
Titulación Carácter Curso Semestre Créditos Guía Docente
Grado en Química Obligatoria 2 Anual 12 pdf
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
Conocimiento:
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A1: Conocimiento de la terminología química, nomenclatura, convenios y unidades.
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A3: Conocimiento de las características de los diferentes estados de la materia y los modelos teóricos empleados para describirlos.
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A6: Conocimiento de los principios de la química cuántica y su aplicación a la descripción de la estructura atómica y molecular
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A13: Conocimiento de la relación entre propiedades macroscópicas y propiedades de átomos y moléculas individuales: incluyendo macromoléculas (naturales y sintéticas), polímeros, coloides y otros materiales.
Habilidades y destrezas:
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B1: Demostración del conocimiento y comprensión de los hechos esenciales, conceptos, principios y teorías relacionadas con las áreas de la Química.
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B2: Resolución de problemas cualitativos y cuantitativos según modelos previamente desarrollados
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B3: Reconocimiento y análisis de nuevos problemas y planteamiento de estrategias para solucionarlos.
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B4: Evaluación, interpretación y síntesis de datos e información química.
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B5: Valoración de los riesgos en el uso de sustancias químicas y procedimientos de laboratorio.
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B6: Manipulación, con seguridad, de las sustancias químicas y los procedimientos correctos de gestión de residuos.
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B8: Manejo de la instrumentación química estándar que se utiliza para investigaciones estructurales y separaciones.
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B9: Interpretación de los 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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B10: Procesamiento e informatización de datos químicos.
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B11: Reconocimiento e implementación de buenas prácticas científicas de medida y experimentación.
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B12: Demostración de habilidades para presentar material científico y argumentos de forma escrita y oral a una audiencia informada.
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B13: Reconocimiento y valoración de los procesos químicos en la vida diaria.
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B14: Capacidad para relacionar la Química con otras disciplinas.
Transversales:
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C1: Capacidad de análisis y síntesis.
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C2: Capacidad de organización y planificación.
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C3: Comunicación oral y escrita.
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C4: Comprensión de textos escritos en una segunda lengua relacionados con la propia especialidad.
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C5: Uso de tecnologías de información y comunicación.
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C6: Resolución de problemas.
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C8: Trabajo en equipo.
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C10: Razonamiento crítico.
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C11: Compromiso ético.
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C12: Aprendizaje autónomo.
TEMARIO
PROGRAMA DE TEORÍA:

TQ1.-Conceptos fundamentales en Termodinámica Química
Conceptos fundamentales en Termodinámica
Primer y Segundo Principio de Termodinámica
Funciones de Gibbs y Helmhotz: Predicción del estado de equilibrio o evolución espontánea de un sistema termodinámico
Relaciones termodinámicas para un sistema en equilibrio
Potencial químico

TQ2.- Equilibrios heterogéneos en sistemas de un componente
Conceptos fundamentales: Fases. Componentes. Grados de libertad o varianza
Regla de las fases
Transiciones de primer orden: Ecuación de Clapeyron. Vaporización, fusión, sublimación y transiciones sólido-sólido
Diagrama de fases. Estudio de varios sistemas representativos
Equilibrio líquido - vapor en sustancias puras: Presión de vapor y temperatura. Ecuación de Clapeyron-Clausius y aplicaciones de la misma

TQ3.- Disoluciones binarias no electrolíticas
Mezclas binarias líquidas ideales. Definición y características. Estudio de la solubilidad de gases y sólidos en líquidos
Soluciones diluidas ideales no electrolíticas. Distribución de un soluto entre dos disolventes inmiscibles. Propiedades coligativas de las disoluciones
Soluciones reales no electrolíticas. Definición de actividad y diversas clases de coeficientes de actividad
Equilibrio líquido-vapor en sistemas binarios. Destilación

TQ4.- Estudio termodinámico del equilibrio químico.
Constante de equilibrio y distintas formas de expresarla
Efecto de las variables externas sobre la posición de equilibrio de un sistema reaccionante
Variación de la constante de equilibrio con la temperatura

Tema 5.- Fundamentos de la Mecánica Cuántica
Introducción histórica
Fundamentos matemáticos
Postulados de la Mecánica Cuántica
Principio de indeterminación de Heisenberg

Tema 6.- Aplicación de la Mecánica Cuántica a sistemas sencillos de interés químico
La partícula en una caja monodimensional
La partícula en una caja bidimensional y tridimensional
Oscilador armónico monodimensional

Tema 7.- Momento angular
El momento angular en Mecánica Clásica
Operadores de momento angular en Mecánica Cuántica
El rotor rígido de dos partículas
Armónicos esféricos
Operadores ascendente y descendente del momento angular

Tema 8.- Átomo de hidrógeno y átomos hidrogenoides
Ecuación de Schrödinger para un átomo o ion hidrogenoide
Orbitales hidrogenoides
Unidades atómicas
Espín electrónico
Interacción espín-órbita

Tema 9.- Métodos aproximados en Mecánica Cuántica
Método variacional
Método de perturbaciones

Tema 10.- Átomos polielectrónicos
Método del campo autoconsistente de Hartree
Principio de exclusión de Pauli
Determinantes de Slater
Operadores de momento angular en átomos polielectrónicos
Adición de momentos angulares. Términos espectrales
Efecto Zeeman

Tema 11.- El enlace químico y la estructura molecular
Aproximación de Born-Oppenheimer
La molécula-ion H2+
La molécula de H2
Método de orbitales moleculares
Metodo de enlaces de valencia
Moléculas diatómicas homo y heteronucleares
Moléculas poliatómicas

Tema 12.- Conceptos fundamentales en Termodinámica Estadística
Necesidad de la Termodinámica Estadística
Conceptos fundamentales en Termodinámica Estadística
Ley de distribución de Boltzmann

Tema 13.- Aplicaciones de la Termodinámica Estadística a la determinación de magnitudes de sistemas químicos sencillos
La función de partición
Formulación estadística de las propiedades termodinámicas
Factorización de la función de partición
Cálculo de la función de partición traslacional
Cálculo de la función de partición nuclear
Cálculo de la función de partición electrónica
Cálculo de la función de partición vibracional
Cálculo de la función de partición rotacional
PROGRAMA DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO Y AULA INFORMÁTICA:
-Experimentación en Termodinámica Química.
-Utilización de la Química Computacional para el estudio de sistemas moleculares y biomoleculares simples.