Grado en Química 3er Curso QUÍMICA FÍSICA V

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Curso 2014-15

 

Guía Docente. Curso 2014-15 1. Datos descriptivos de la materia. Carácter: Formación básica Convocatoria: 2º cuatrimestre Créditos: 6 ECTS (4,5 teórico-prácticos + 1,5 laboratorio) Profesorado: José Ramón Leis Fidalgo Catedrático del Departamento de Química Física Facultad de Química Clases expositivas: Grupo A Grupos de seminario: S1, S2 Grupos de Laboratorio: G1, G2, G3 Grupos de tutorías: T1, T2, T3, T4, T5, T6 Pedro Rodríguez Dafonte Profesor Titular del Departamento de Química Física Facultad de Química Clases expositivas: Grupo B Grupos de seminario: S3, S4 Juan Crugeiras Martínez Profesor Titular del Departamento de Química Física Facultad de Química Grupos de prácticas: G4, G5 y G6 (por determinar) Grupos de tutorías: T7, T8, T9, T10, T11 y T12 Idioma en que es impartida: Gallego

2. Situación, significado e importancia de la materia en el ámbito de la titulación. 2.1. Módulo al que pertenece la materia en el Plan de Estudios. Materias con las que se relaciona. Módulo 3: Química Física. Se relaciona fundamentalmente con las asignaturas de dicho módulo y tiene especial relevancia para asignaturas de los módulos 4, 5, 6 y 7, sobre todo en los aspectos relacionados con la reactividad química.

   

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2.2. Papel que juega este curso en ese bloque formativo y en el conjunto del Plan de Estudios. Esta asignatura es muy relevante en la formación de un químico ya que se enfoca directamente al problema central que es la reacción química. En este sentido, se considera especialmente importante para estudiar la reactividad orgánica e inorgánica. Desde un punto de vista de formación práctica, el problema de la catálisis y su papel en la industria química le confieren a la asignatura una relevancia especial. 2.3. Conocimientos previos (recomendados/obligatorios) estudiantes han de poseer para cursar la asignatura.

que

los

Haber cursado las asignaturas previas del Módulo, concretamente, Química Física I, Química Física II, Química Física III, Química Física IV. Dada la interdisciplinaridad de las asignatura se recomienda haber aprobado los módulos de Matemáticas, Física y Química General así como las asignaturas del módulo de Química Física mencionadas anteriormente. 3. Objetivos del aprendizaje y competencias a alcanzar por el estudiante con la asignatura. 3.1. Objetivos del aprendizaje: • Conocer la cinética del cambio químico, incluyendo la catálisis y los mecanismos de reacción. • Demostrar el conocimiento y comprensión de conceptos, principios y teorías relacionadas con la Química. • Reconocer y analizar nuevos problemas y planear estrategias para solucionarlos. • Llevar a cabo procedimientos estándares y manejar instrumentación científica. • Interpretar los datos procedentes de observaciones y medidas en el laboratorio. • Comprender los aspectos cualitativos y cuantitativos de los problemas químicos. • Explicar, de manera comprensible, fenómenos y procesos relacionados con la reacción química. • Planificar, diseñar y desarrollar proyectos y experimentos 3.2. •

• •

•

•

Competencias generales.

Capacidad para comprender y predecir el comportamiento y reactividad de átomos y moléculas a partir del análisis de su estructura, que podrá determinarse a partir de datos espectroscópicos. Capacidad para definir el estado de un sistema químico en función de sus propiedades macroscópica, y analizar la evolución espontánea del mismo. Adquirir destreza en el manejo de las principales técnicas instrumentales empleadas en química y poder determinar a través del trabajo experimental las propiedades estructurales, termodinámicas, y el comportamiento cinético de los sistemas químicos. Destreza en el tratamiento y propagación de errores de las magnitudes medidas en el laboratorio y destreza en el manejo de programas informáticos para llevar a cabo el tratamiento de datos experimentales. Comprender y utilizar la información bibliográfica y técnica referida a los fenómenos fisicoquímicos.

   

3.3.

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Competencias específicas.

• Tipos principales de reacción química y sus principales características asociadas. • Capacidad para demostrar el conocimiento y comprensión de los hechos esenciales, conceptos, principios y teorías relacionadas con las áreas de la Química. • Resolución de problemas cualitativos y cuantitativos según modelos desarrollados previamente. • Reconocer y analizar nuevos problemas y planear estrategias para solucionarlos. • Evaluación, interpretación y síntesis de datos e información Química. • Interpretación de datos procedentes de observaciones y medidas en el laboratorio en términos de su significación y de las teorías que la sustentan. • Comprensión de los aspectos cualitativos y cuantitativos de los problemas químicos. • Capacidad para relacionar la Química con otras disciplinas. 3.4.

Competencias transversales.

• Capacidad de análisis y síntesis. • Capacidad de organización y planificación • Resolución de Problemas

4. Contenidos del curso. 4.1.

Epígrafes del curso:

Tema 1. Cinética Química Empírica Tema 2. Cinética de Reacciones Complejas Tema 3. Reacciones en fase gas. Modelos Teóricos Tema 4. Reacciones en Disolución Tema 5. Catálisis Homogénea Tema 6. Catálisis Heterogénea Tema 7. Cinética Electroquímica Programa de prácticas: Práctica 1. Cinética Formal: Estudio Cinético de la Reacción entre Violeta Cristal e iones hidroxilo Práctica 2. Cinética Formal: Estudio de la Cinética de una reacción de sustitución nucleófila mediante medidas de conductividad. Práctica 3. Teoría de Estado de Transición: Estudio Computacional de la eliminación de FH en la descomposición térmica del Fluoruro de vinilo. Práctica 4. Catálisis: Estudio Cinético de la reacción de solvólisis del cloruro de sulfonilo en presencia de Ciclodextrina. Práctica 5. Adsorción: Determinación de la Isoterma de Adsorción de colorantes por Espectroscopia UV.

   

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Seminarios: 6 Boletines de problemas propuestos: • • • • • •

B1: Cinética formal con especial énfasis en el uso de propiedades físicas. B2: Análisis de mecanismos de reacción B3: Cinéticas complejas: Reversibles, consecutivas y paralelas. Reacciones Unimoleculares. B4: Reacciones en disolución y Catálisis ácido-base B5: Catálisis Enzimática B6: Catálisis Heterogénea

Actividades para tutorías: Actividad 1. Análisis integrado de un mecanismo de Reacción Típico de Química Orgánica. Actividad 2. Presentación oral individual de resultados y conclusiones de uno de los experimentos de laboratorio realizados por el alumno

4.2.

Bibliografía recomendada 4.3.1. Básica (manual de referencia).

Química Física, P. Atkins y J. De Paula, 8ª Ed, Ed. Médica Panamericana (2008). Capítulos 22, 23, 24 y 25. 4.3.2. Complementaria. Química Física, T. Engel y P. Reid, Pearson Ed. (2006). Capítulos 36 y 37. Fisicoquímica, I. N. Levine, 5ª Ed. (2004) MacGraw Hill. Tema 13, 17 y 23. 4.3.3. Avanzada. Chemical Kinetics and Reaction Mechanisms, 2nd Ed. J. H. Espenson, McGraw Hill (2002)

   

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TEMA 1 Cinética Formal 1. Sentido del tema (Introducción) En este tema, después de un breve repaso sobre los conceptos básicos de velocidad de reacción, ecuación de velocidad, ordenes etc. Revisaremos los métodos experimentales para obtener velocidades de reacción. Este tema se abordará de modo práctico en los seminarios de problemas y en las clases de laboratorio. 2. Epígrafes del tema. 1.1. Técnicas Experimentales. Métodos Físicos y Métodos Químicos 1.2. Fundamento y Aplicación de los métodos Físicos 1.3. Métodos de Flujo 1.4. Radiolisis de Pulso. Fotólisis de destello 1.5. Obtención de datos cinéticos. Uso de las propiedades Físicas. 3. Bibliografía Química Física, P. Atkins y J. De Paula, 8ª Ed, Ed. Médica Panamericana (2008). Capítulo 22 4. Actividades a desarrollar

   

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LECCION 1 • Presentación (30 min): El profesor presenta los contenidos de la asignatura y su importancia en el contexto de la Ciencia y la industria química. Se explican, también, las condiciones generales y metodologías que se van a utilizar •

Repaso Cinética Formal de 1º: Revisión de conceptos más relevantes y recomendación de revisión de los mismos. Velocidad de reacción, ecuación de velocidad, ordenes de reacción, unidades, dependencia de la temperatura. ¿Cómo obtener la ecuación de velocidad? Método de velocidades iniciales, integración de la ecuación de velocidad y método de aislamiento. Tiempo de vida media.

LECCION 2 • Cinética Química Empírica: ¿Cómo medimos experimentalmente velocidades de reacción? Se trata de describir los distintos métodos y técnicas existentes para monitorizar una reacción química. Debemos ser conscientes de las distintas escalas de tiempo en las que nos movemos y de las limitaciones de las distintas técnicas instrumentales. Especial relevancia para el uso de propiedades físicas para el seguimiento cinético, en particular, presiones, absorción de luz y conductividad. LECCIÓN 3 • El problema de las reacciones rápidas. Técnicas flujo detenido, de relajación, flash-fotólisis, radiolisis de pulso, etc. • Resumen de técnicas y métodos experimentales. Distintas clasificaciones. SEMINARIO 1 • Cinética Formal: (Boletín B1) o El profesor resuelve problemas del boletín B1. Velocidades iniciales y método integral con aislamiento o Resolución guiada de problemas por parte de los alumnos. o T1 Test de EC (Conceptos básicos de cinética). SEMINARIO 2 • Continúa Boletín B1 o Continúa resolución guiada de problemas del boletín B1 o Resolución individual evaluable de un problema propuesto (diferente para cada grupo de seminario) (EV1)

   

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TEMA 2 Cinética de reacciones complejas 1. Sentido del tema (Introducción) Abordaremos aquí la problemática de la explicación de la ecuación de velocidad experimental de reacciones complejas en términos de Mecanismos de Reacción. También analizaremos las ecuaciones de velocidad de reacciones complejas: Sistemas de reacciones paralelas, consecutivas y de equilibrio. También abordaremos el planteamiento de las reacciones unimoleculares y el estudio de Reacciones en Cadena. 2. Epígrafes del tema. 2.1. Interpretación Molecularidad.

de

las

leyes

de

velocidad.

Reacciones

Elementales.

2.2. Mecanismo de reacción. Ecuación de velocidad: Interpretación mecanicista. 2.3. Reacciones de primer orden que se aproximan al equilibrio. 2.4. Reacciones de Intercambio. Efecto Isotópico. 2.5. Métodos de Relajación. 2.6. Reacciones Paralelas. Aplicación para determinar la reactividad de intermedios. 2.7. Reacciones elementales consecutivas. 2.8. Aproximación del Estado Estacionario. Aproximación de la etapa determinante. 2.9. Deducción de un Mecanismo de Reacción 2.10. Reacciones unimoleculares. 2.11. Reacciones en Cadena. 3. Bibliografía Química Física, P. Atkins y J. De Paula, 8ª Ed, Ed. Médica Panamericana (2008). Capítulos 22 y 23. 4.

Actividades a desarrollar

   

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•

LECCION 4 o Mecanismos: Interpretación de la ecuación de velocidad. Concepto de molecularidad y orden. Condiciones de un mecanismo de reacción. ¿Como obtenemos la ecuación de un mecanismo? Aproximaciones habituales: etapa lenta, equilibrio y estado estacionario.

•

LECCIÓN 5 o Continuación mecanismos: Resolvemos un ejemplo (nitrosación de una amina secundaria) o Análisis del perfil energético de una reacción y su mecanismo. o Control cinético y termodinámico de las reacciones químicas. o Efectos cinéticos de la sustitución isotópica y su aplicación en la propuesta de mecanismos de reacción.

•

LECCIÓN 6 o Reacciones de primer orden que se aproximan al equilibrio o Métodos de relajación. (Veremos el ejemplo de H+ + OH- èH2O) o Reacciones paralelas. o Reacciones elementales consecutivas. Incluimos el caso de que la primera etapa sea reversible. Discusión de la validez de la condición de estado estacionario.

•

LECCIÓN 7 o Reacciones unimoleculares. Mecanismo de Lindeman-Hinselwood. Modelo RRK. o Discutiremos qué es y cómo debemos interpretar la Energía de Activación de una reacción compleja. o Iniciamos el estudio de las reacciones complejas. Reacciones en Cadena.

•

LECCIÓN 8 o Continúa reacciones en cadena. Explosiones. Analizaremos detalladamente el ejemplo de la reacción 2 H2 + O2 è 2 H2O o Cinética de polimerización: Polimerización por etapas y en cadena. o Cinética de procesos fotoquímicos y fotofísicos

•

SEMINARIO 3 o Mecanismos: (Boletín B2) § El profesor resuelve problemas del boletín B2 § Resolución guiada de otros problemas del B2 § Test T2 de Evaluación continua. SEMINARIO 4 o Continúa boletín B2 (30 min) § Resolución individual evaluable de un problema propuesto o Reacciones Complejas: (Boletín B3) § El profesor resuelve un problema (reversibles)

•

•

SEMINARIO 5 o Continúa Reacciones complejas § El profesor resuelve otro problema (consecutivas) § Resolución guiada otros problemas B3 o Resolución individual evaluable de un problema de reacciones complejas (EV2)

   

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TEMA 3 Reacciones en Fase Gas. Modelos Teóricos 1. Sentido del tema Plantear y desarrollar los modelos teóricos más establecidos para explicar las velocidades de reacción 2. Epígrafes del tema. 3.1. Teoría de Colisiones Simple. 3.2. Teoría del Complejo Activado (TCA). 3.3. Formulación Termodinámica de la TCA. 3.4. Introducción a la Dinámica Molecular de las Reacciones Químicas. 3.5. Superficies de Energía Potencial. 3.6. Haces Moleculares. 3. Bibliografía Química Física, P. Atkins y J. De Paula, 8ª Ed, Ed. Médica Panamericana (2008). Capítulo 24 4.Actividades a desarrollar LECCION 9 •

•

•

En esta tema estudiaremos las teorías que permiten predecir velocidades de reacción y comprender la problemática que plantea la reactividad química desde un punto de vista molecular. Teoría de las colisiones. Se inicia el tratamiento teórico de una reacción química con el modelo más sencillo. Ecuación de Arrhenius y factor estérico: compararemos algunos valores de constantes de velocidad teóricos con los valores experimentales y explicaremos las razones de las discrepancias. Teoría del Complejo Activado (TCA). Se presentan los postulados de la teoría y se establecen algunos conceptos básicos para su desarrollo: coordenada de reacción, estado de transición, etc. Iniciaremos el tratamiento formal de la TCA en base a una formulación estadística. Se comenta la expresión obtenida y el significado del coeficiente de transmisión, que se introduce para adaptar los resultados teóricos a los experimentales.

LECCIÓN 10 • Formulación termodinámica de la TCA. Debido a la dificultad de obtener expresiones concretas de la constante de velocidad en las reacciones moleculares, originada por la dificultad de conocer la función de partición para el estado de transición, se desarrolla la formulación termodinámica de la TCA, introduciéndose la entropía, entalpía y energía libre de activación y deduciendo expresiones particulares para el caso en que todas las especies (reactivos y complejos activados) se comportan como gases ideales. • Presentaremos, a nivel introductorio, el estudio dinámico de las reacciones. Usando algunos ejemplos de superficies de energía potencial de reacciones se muestra la multiplicidad de trayectorias de reacción posibles, unas efectivas y otras infructuosas. Se distingue, así,

   

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entre energía umbral y energía de activación, y se concluye la necesidad de promediar las trayectorias posibles para calcular las constantes de velocidad a partir de superficies de energía potencial. Se hace una introducción al estudio experimental de la dinámica de reacciones, describiendo las técnicas de haces moleculares.

TEMA 4 Reacciones en Disolución 1. Sentido del tema Se analizan aquí problemáticas específicas de la reactividad en medios condensados: Control por difusión, efectos salinos e influencia del disolvente. También se discuten, cualitativamente, las particularidades de la aplicación de la Teoría de Colisiones y la TCA en estas condiciones. 2. Epígrafes del tema. 4.1. Influencia del Disolvente. 4.2. Reacciones Controladas por Difusión. 4.3. Aplicación de la Teoría de colisiones y de la TCA en disolución. 4.4. Efecto cinético salino. 3. Bibliografía Química Física, P. Atkins y J. De Paula, 8ª Ed, Ed. Médica Panamericana (2008). Capítulo 22, páginas 4. Actividades a desarrollar

   

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LECCIÓN 11 Mostraremos algunas ideas básicas sobre diversos aspectos relacionados con el estudio cinético de las reacciones en disolución. Haremos hincapié en la influencia del disolvente sobre la velocidad de reacción. Plantearemos un mecanismo general de reacción en disolución y obtendremos la expresión de la velocidad de reacción en función de las constantes de velocidad de formación de productos y de difusión de los reactivos. Se discutirá la magnitud relativa de las constantes de difusión y química, estudiando sus casos límite. LECCIÓN 12 En las reacciones con control químico aplicaremos la teoría de colisiones y teoría del complejo activado, corrigiendo las expresiones deducidas anteriormente con los coeficientes de actividad. Se debe tener presente la imposibilidad de obtener las funciones de partición individuales debido a las interacciones soluto-disolvente y se obtendrá la ecuación de BrönstedBjerrum. Estudiaremos las reacciones no iónicas controladas por difusión. En las reacciones entre iones se analizan cuantitativamente, de acuerdo con la teoría del estado de transición, los efectos del disolvente (constante dieléctrica del medio), de la fuerza iónica (coeficientes de actividad de los iones modificados a través de la expresión de Debye-Hückel) y el efecto salino.

   

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TEMA 5 Catálisis Homogénea 1. Sentido del tema Estudiaremos los conceptos básicos de Catálisis Química. Abordaremos distintos tipos de Catálisis Homogénea y nos detendremos especialmente en la Catálisis Acido-Base y en la Catálisis Enzimática. 2. Epígrafes del tema. 5.1. Introducción y Mecanismo General de Catálisis. 5.2. Catálisis Acido-base. 5.3. Catálisis electrófila y nucleófila. 5.4. Catálisis Enzimática 3. Bibliografía Química Física, P. Atkins y J. De Paula, 8ª Ed, Ed. Médica Panamericana (2008). Capítulo 23 5.

Actividades a desarrollar

LECCIÓN 13 o Introducción del concepto de catálisis y explicación energética del fenómeno. Ejemplos o Características y condiciones de un catalizador. Muestra de la importancia y usos en la industria química. o Tipos de catalizadores y clasificación de la catálisis. o Catálisis Acido-Base LECCIÓN 14 o Catálisis Acido-Base (continuación). Clasificación y tipos. Analizaremos en detalle un ejemplo concreto. o Catálisis nucleófila y electrófila LECCIÓN 15 o Introducción a la Catálisis Enzimática. Importancia conceptual e industrial. Características y clasificación de las enzimas. o Mecanismos de los catalizadores enzimáticos. Mecanismo de Michaelis-Menten o Eficiencia catalítica de las enzimas. LECCIÓN 16 o Inhibición Enzimática. Concepto y relevancia. o Tipos de Inhibidores y sus mecanismos. o Deducción de las ecuaciones y de como distinguimos los distintos tipos de inhibición.

   

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•

SEMINARIO 6 o Test T3 (10 Min) Evaluación continua temas 3 y 4. o Boletín B4 (incluye reacciones en disolución) § El profesor resuelve problemas del boletín B4 § Resolución guiada de otros problemas B4

•

SEMINARIO 7 o Resolución individual evaluable de un problema de catálisis ácidobase (EV3).

•

SEMINARIO 8 o Boletín B5 (Catálisis Enzimática) § Resolución de un problema del boletín B5 (catálisis) o Resolución de otro problema del boletín B5 (inhibición) o Resolución guiada (posiblemente evaluable) de un problema propuesto. (EV3 alternativa)

 

TEMA 6 Catálisis Heterogénea 1. Sentido del tema Se aborda el problema de la Adsorción sobre superficies y los modelos para explicarla para, a continuación, aplicar estos conceptos a la catálisis heterogénea. 2. Epígrafes del tema. 6.1. Adsorción en Superficies. Isoterma de Langmuir. 6.2. Calor de Adsorción. 6.3. Isoterma BET, Temkin y Freuundlich. Clasificación de las Isotermas. 6.4. Cinética de Adsorción en la superficie 6.5. Introducción a la catálisis heterogénea. 6.6. Mecanismos de la catálisis heterogénea. 6.7. Técnicas Experimentales de estudio de Superficies. 3. Bibliografía Química Física, P. Atkins, J. De Paula, 8ª Ed, Ed. Médica Panamericana(2008). Capítulo 25. 4.Actividades a desarrollar. LECCIÓN 17 •

Introducción a la Catálisis Heterogénea. El tema se inicia con el estudio de los procesos superficiales de adsorción de gases en sólidos. En primer lugar se introducen definiciones básicas, como adsorbente, adsorbato, y la clasificación del fenómeno según la naturaleza de las fuerzas que mantienen unido el adsorbato sobre el adsorbente: fisisorción y quimisorción. Se describe el papel de la catálisis heterogénea en la Industria Química.

   

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• •

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Se explicarán los conceptos de adsorción e isoterma de adsorción. Diferencias entre adsorción asociativa y disociativa. Isoterma de adsorción de Langmuir. Velocidad de Adsorción y Desorción. Tendremos en cuenta que las hipótesis del modelo lo hacen demasiado simple, de modo que en muchos casos el comportamiento real difiere significativamente del previsto.

LECCIÓN 18 • La adsorción desde un punto de vista termodinámico. Definición de Calor de Adsorción. Criterios para diferenciar entre Fisisorción y Quimisorción. • Isotermas de BET, Temkin y Freundlich. Se presentan estas isotermas como modelos más ampliamente utilizados para el estudio en sólidos no porosos y adsorción en multicapas. • Clasificación IUPAC del tipo de isoterma. Ejemplos en la industria química de cada una de ellas. LECCIÓN 19 • La adsorción desde un punto de vista cinético. Nos centraremos en las reacciones que ocurren en la interfase gas-sólido. Cinética de adsorción en la superficie. Definición de conceptos como coeficiente de atrapamiento o tiempo de residencia. • Diagrama de energía potencial de Lennard-Jones. Veremos las diferencias entre adsorción activada y no activada. Breve introducción a los mecanismos de reacción de Catálisis Heterogénea. Indicaremos las posibles etapas de un proceso de catálisis heterogénea. LECCIÓN 20 • Se presenta una clasificación de los catalizadores heterogéneos y algunos ejemplos de interés industrial: hidrogenación de grasas, oxidaciones orgánicas controladas, procesos petroquímicos, etc. Describiremos brevemente las aplicaciones de las Zeolitas como catalizadores. • Mecanismos de catálisis heterogénea. Estudiaremos sólo los ejemplos más sencillos de procesos unimoleculares y bimoleculares. En procesos bimoleculares nos centraremos únicamente en describir aquellos en que la etapa determinante corresponda a la reacción superficial: LangmuirHinshelwood y Eley-Rideal. Estudiaremos las características de estos dos tipos de mecanismos siendo capaces de diagnosticar el tipo de mecanismo a partir de los datos experimentales. LECCIÓN 21 • Técnicas experimentales para el estudio de superficies. Se introducirá de forma sencilla las características de las distintas técnicas que permiten una resolución estructural superficial y evaluar las fuerzas de enlace entre sólidos y adsorbatos: Técnicas de ionización, Espectroscopia vibracional, Espectroscopia de pérdida electrónica, etc. • Técnicas de aplicación en el campo de la nanotecnología: Microscopía de efecto túnel y Microscopía de fuerza atómica. SEMINARIO 9 • Boletín B6 o El profesor resuelve problemas del boletín B6 o Problema propuesto evaluable (EV4).

   

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TEMA 7 Cinética Electroquímica 1. Sentido del tema Introducción a la cinética electródica 2. Epígrafes del tema. 7.1. Procesos en los electrodos. 7.2. Procesos Electroquímicos. 7.3. Producción de energía y corrosión. 3. Bibliografía Química Física, P. Atkins y J. De Paula, 8ª Ed, Ed. Médica Panamericana (2008). Capítulo 25 4.Actividades a desarrollar LECCIÓN 22 • Iniciaremos el tema 7 exponiendo los fundamentos del estudio de la velocidad de transferencia de carga a través de la interfase electrizada. Describiremos la interfase electrodo-disolución, comenzando por el modelo más simple del límite entre las fases sólida y líquida: una doble capa eléctrica. • Se explicará la estructura de la interfase a través del modelo de capa de Helmholtz y el modelo de Gouy-Chapman. • Describiremos brevemente la cinética de los procesos de electrodo desde un punto de vista termodinámico basado en la teoría del estado de transición. LECCIÓN 23 • Determinaremos las leyes de velocidad heterogéneas que nos permiten obtener la velocidad de transferencia de carga. Definiremos la energía de Gibbs de activación para los procesos en electrodos. • Mostraremos la ecuación de Butler-Volmer, usando el modelo de la doble capa rígida de Helmholtz. La ecuación se particulariza para los casos de sobretensiones muy bajas (relación lineal entre sobretensión y densidad de corriente eléctrica) y muy altas (ecuación de Tafel). • Celdas galvánicas de trabajo. Ejemplo de celdas de combustible. • Estudio de los procesos de corrosión. Protección de materiales contra la corrosión. SEMINARIO 10 • Repaso de todos los boletines y discusión de dudas. • Test T4 (10 min) Evaluación continua Catálisis Homogénea, Catálisis Heterogénea y Electroquímica. • Entrega trabajo resumen de uno de los experimentos realizados en el laboratorio.

   

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5. - INDICACIONES METODOLÓGICAS Y ATRIBUCIÓN DE CARGA ECTS. 5.1. Tiempo de estudio y trabajo personal. TRABAJO PRESENCIAL EN EL AULA

HORAS

Clases expositivas en grupo grande

23

Estudio autónomo individual o en grupo

46

Clases interactivas en grupo reducido (Seminarios)

10

Resolución de ejercicios, u otros trabajos

20

Clases interactivas con ordenador en grupo reducido

TRABAJO PERSONAL DEL ALUMNO

HORAS

Resolución de ejercicios, prácticas con ordenador

Tutorías en grupo muy reducido

2

Preparación de presentaciones orales, escritas, elaboración de ejercicios propuestos. Actividades en biblioteca o similar

8

Prácticas de laboratorio

20

Preparación del trabajo de laboratorio y elaboración de la memoria de las prácticas

9

Total horas trabajo presencial en el aula o en el laboratorio

55

Total horas trabajo personal del alumno

5.2.

83

Actividades formativas en el aula con presencia del profesor

I) Actividades Docentes presenciales: Consistirán en clases expositivas, clases interactivas en grupo reducido (seminarios y clases de problemas), clases interactivas de prácticas en el laboratorio y clases interactivas en grupo muy reducido (tutorías). A) Clases expositivas en grupo grande (“CE” en las tablas horarias): Lección impartida por el profesor que puede tener formatos diferentes (teoría, problemas y/o ejemplos generales, directrices generales de la materia…). El profesor puede contar con apoyo de medios audiovisuales e informáticos pero, en general, los estudiantes no necesitan manejarlos en clase. Habitualmente estas clases seguirán los contenidos de un Manual de referencia propuesto en la Guía Docente de la asignatura. La asistencia a estas clases no es obligatoria. B) Clases interactivas en grupo reducido (Seminarios, “S” en las tablas horarias): Clase teórico/práctica en la que se proponen y resuelven aplicaciones de la teoría, problemas, ejercicios… El alumno participa activamente en estas clases de distintas formas: entrega de ejercicios al profesor (algunos de los propuestos en boletines de problemas que el profesor entrega a los alumnos con la suficiente antelación); resolución de ejercicios en el aula (que pueden servir de evaluación continua), etc. El profesor puede contar con apoyo de medios audiovisuales e informáticos pero, en general, los estudiantes no los manejarán en clase. Se realizarán test cortos (10 min aprox.) para evaluar el grado de aprendizaje de los distintos temas y se plantearán problemas para su resolución individual que serán entregados y serán objeto de evaluación. Tanto los tests como los problemas se utilizaran en la Evaluación Continua de la Asignatura. La asistencia a estas clases es obligatoria. D) Clases prácticas de laboratorio: Se incluyen aquí las clases que tienen lugar en un laboratorio de prácticas (la sesión 3 se llevará a cabo en el Aula de Informática). En ellas el alumno adquiere las habilidades propias de un laboratorio de química y consolida los conocimientos adquiridos en las clases de teoría. El trabajo personal

   

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del alumno en esta actividad es mucho más reducido. Para estas prácticas, el alumno dispondrá de un manual de prácticas de laboratorio, que incluirá consideraciones generales sobre el trabajo en el laboratorio, así como un guión de cada una de las prácticas a realizar, que constará de una breve presentación de los fundamentos, la metodología a seguir y la indicación de los cálculos a realizar y resultados a presentar. El alumno deberá acudir a cada sesión de prácticas habiendo leído atentamente el contenido de este manual. Al comenzar cada sesión de prácticas, en un aula, los alumnos responden durante 5 o 10 minutos a unas cuestiones previas que el profesor califica y tiene en cuenta para la nota de prácticas. Tras una explicación del profesor, el alumno realizará individualmente, o en grupos de dos, las experiencias y cálculos necesarios para la consecución de los objetivos de la práctica, recogiendo en el diario de laboratorio el desarrollo de la práctica y los cálculos y resultados que procedan, presentando el mismo día o en la próxima sesión los resultados, que serán evaluados. Al finalizar cada practica se efectuará una prueba individual (modelo test) de evaluación continua del grado de asimilación y comprensión del experimento por parte del alumno. La entrega de un trabajo sobre uno de los experimentos realizados es un requisito adicional para la evaluación y el plazo de presentación está debidamente anunciado en el calendario de actividades de esta guía La asistencia a estas clases es obligatoria. Las faltas deberán ser justificadas documentalmente, aceptándose razones de examen y de salud, así como aquellos casos contemplados en la normativa universitaria vigente. La práctica no realizada se recuperará de acuerdo con el profesor y dentro del horario previsto para la asignatura. E) Tutorías de pizarra en grupo muy reducido (“T” en las tablas horarias): Tutorías programadas por el profesor y coordinadas por el Centro. Se programan dos actividades para las dos sesiones de una hora previstas por el centro para los alumnos de esta asignatura. En ambos casos los alumnos deben realizar un trabajo individual previo según las indicaciones que recibirán a través del aula virtual. Así mismo, deberán entregar al final de la sesión un breve informe sobre un aspecto concreto que se asignará individualmente a cada alumno. Actividad 1. Análisis integrado de un mecanismo de Reacción Típico de Química Orgánica. Esta actividad se desarrollará en el aula de informática y los alumnos dispondrán de un ordenador equipado con el programa “Molecular Movies 2” que nos permitirá discutir y visualizar los mecanismos más típicos de las reacciones orgánicas. A cada alumno se le asignará un mecanismo específico para que entregue un pequeño informe sobre el mismo, discutiendo la relación de mecanismo y perfil energético de la reacción y destacando las peculiaridades más significativas del mecanismo considerado. Este informe será calificado y formará parte de la evaluación continua de la asignatura. Actividad 2. Presentación oral individual de resultados y conclusiones de uno de los experimentos de laboratorio realizados por el alumno. Se trata de un ejercicio que intenta potenciar y evaluar las capacidades del alumno para extractar, explicar y exponer los resultados y conclusiones más relevante de una de sus prácticas. Se propone una exposición de 5-10 min sobre la práctica que cada alumno elija. Ha de presentar sus propios resultados y sus gráficos. También debe contestar a las preguntas y discusiones que se planteen. El trabajo será valorado y formará parte de la evaluación continua. II) Actividades Docentes no presenciales: Trabajo personal del alumno dedicado a la preparación de la materia.

   

Guía Docente QUÍMICA FÍSICA

Curso 2014-15

 

Repaso de conocimientos previos: Los alumnos deben revisar los conceptos de Cinética Química de primer curso ya que son imprescindibles para comenzar a construir los conceptos de esta asignatura. También necesitan conceptos básicos de calculo diferencial e integral y es fundamental que manejen los conceptos fundamentales de termodinámica. En los primeros días del curso se les sugerirán aspectos concretos que deberán refrescar. Se recomienda dedicar cada día de clase teórica un tiempo a reflexionar sobre lo que se ha desarrollado en la clase, consolidando y complementando con los libros recomendados los conceptos importantes. Desde el inicio de curso los alumnos disponen de los 6 boletines de problemas que trabajaremos a lo largo del curso. Es imprescindible que estos problemas se trabajen de forma individual con antelación a los seminarios. También se recomienda la realización de más problemas propuestos en los textos recomendados (especialmente en el Atkins). Los guiones de prácticas que estarán disponibles desde el inicio del curso son una guía de los conceptos básicos que los alumnos deben manejar antes de entrar en el laboratorio por lo que forma parte de las actividades no presenciales del alumno la preparación de los experimentos de laboratorio que les sean asignados. Asimismo, los alumnos deben realizar el análisis, valoración y discusión de los resultados que hayan obtenido. Se les plantea entregar un informe (no más de 5 páginas) sobre el experimento que elijan en formato publicación, incluyendo apartados de introducción, sección experimental, resultados y discusión. Este formato les ayudará a preparar la presentación prevista en la actividad 2 de tutorías.

5.3. Recomendaciones para el estudio de la materia • Es aconsejable asistir a las clases expositivas. • Es importante mantener el estudio de la materia “al día”. Se recomienda visitar la asignatura en el Campus Virtual de la USC en la que se encontrarán materiales, información y actividades a realizar. • Una vez finalizada la lectura de un tema en el manual de referencia, es útil hacer un resumen de los puntos importantes, identificando las ecuaciones básicas que se deben recordar y asegurándose de conocer tanto su significado como las condiciones en las que se pueden aplicar. • La resolución de problemas es fundamental para el aprendizaje de esta materia. Puede resultar de ayuda el seguir estos pasos: (1) Hacer una lista con toda la información relevante que proporciona el enunciado. (2) Hacer una lista con las cantidades que se deban calcular. (3) Identificar los modelos y ecuaciones necesarios para la resolución del problema y aplicarlos correctamente. (4) Prestar atención a la coherencia de las unidades. (5) Revisar la consistencia del resultado final. • En las clases de seminario el alumno debe tener los problemas resueltos con antelación y participar activamente en las discusiones de los resultados. • Es imprescindible la preparación de las prácticas antes de la entrada en el laboratorio. En primer lugar, se deben repasar los conceptos teóricos importantes en cada experimento y, a continuación, es necesario leer con atención el guión de la práctica, intentando entender los objetivos y el desarrollo del experimento propuesto. Cualquier duda que pudiera surgir deberá ser consultada con el profesor.

5.4. Calendario de actividades a realizar por los alumnos durante el curso. 2º Semestre L

Enero-Febrero Ma Mi 27 28

X 29

09-10 10-11 11-12 12-13 13-14 16-20 2 09-10 10-11 11-12 12-13 13-14 16-20

4

5 S1-­‐1  

L1  

S1-­‐1  

10

11

12 S2-­‐2  

L4  

16

23

13 L5  

S1-­‐2  

17

18

19

24

25

26 S2-­‐3

L7  

S1-­‐3

G2  

G2  

L

Mayo Ma Mi

G1  

G1  

20 L6  

27 L8  

L9  

S1-­‐4  

G3   9

10

L11  

S1-­‐5  

Marzo Mi 4

11

X 5 S2-­‐4  

Vi 6 L10  

L

Ma

Abril Mi 1

12 S2-­‐5  

13 L12  

6

7

8

L15  

S1-­‐7  

4 09-10 10-11 11-12 12-13 13-14 16-20 11

5 T6   T2    

X

Vi 1

7  

8  

T3    T5  

T1  

12

6 T4  

13

16

17

L13  

S1-­‐6  

23

 

24 T6   T2    

30

31

18

X 2

Vi 3

9 S2-­‐7  

10 L17  

19 S2-­‐6  

20

13     L18      

14     S1-­‐8      

15         L19  

16 S2-­‐8          

17 L20          

26

27  

20

21

22

 

23 S2-­‐9  

24 L22  

T3    T5  

T1  

L21  

S1-­‐9  

G2   27

G2   28

G1   29

G1   30 S2-­‐10  

G3  

L23  

S1-­‐10  

L14     25 T4  

G3  

09-10 10-11 11-12 12-13 13-14 16-20

09-10 10-11 11-12 12-13 13-14 16-20

Ma 3

A

L16  

09-10 10-11 11-12 12-13 13-14 16-20 09-10 10-11 11-12 12-13 13-14 16-20

6 L3  

L 2

GRUPO

L2   9

09-10 10-11 11-12 12-13 13-14 16-20

3

Vi 30 L0  

QUÍMICA FÍSICA V

G3   Otras actividades Exámenes (examen ordinario: mayo; examen extraordinario: julio) 27 Aula Bioloxía Mayo 16:00 17 Aula QI e Aula QO Julio 10:00 Horarios de tutoría y asistencia al alumnado. Lu, Ma, Ju de 10-11 Lu, Ma, Mi de 12-13 S1 T1 G1

Notas Clases expositivas (teóricas) CE Clases interactivas seminario S1 Clases interactivas seminario S2 Clases interactivas tutorías T1-T6 Clases prácticas de laboratorio: G1-G6 Días no lectivos festivos Grupo 1 Seminarios Grupo 1 Tutorías Grupo 1 Prácticas laboratorio

Clases expositivas: Aula Q. Orgánica Seminarios S1: Aula Q. Orgánica Seminarios S2: Aula 2.14 Tutorías: Consultar calendarios Prácticas de laboratorio: Laboratorio Química Física

5.4. Calendario de actividades a realizar por los alumnos durante el curso. QUÍMICA FÍSICA V GRUPO B QUÍMICA(FÍSICA(V(((((((GRUPO(B(

2º Semestre Enero-Febrero Ma Mi 27 28 L01

L 09-10 10-11 11-12 12-13 13-14 16-20

Vi 30

Marzo Mi 4 S3-04

X 5

Vi 6

L

Ma

13

6

7 L16

Abril Mi 1

X 2

Vi 3

9

10

L11 G6

3 L03

4 S3-01

5

6

9

10 L12

11 S3-05

S4-01

10 L05

09-10 10-11 11-12 12-13 13-14 16-20

11 S3-02

12

13

16

17 L14

18 S3-06

S4-02

16

17

18

L17

19

20

13

G4 14 L18

G5 15 S3-08

S4-06

20

23 T07

24

25

G6 17

L19

26 T10

27 T08

20

21 L20

22 S3-09

T11 L07

16 S4-08

L15

19

8 S3-07

S4-07

L13

L06

09-10 10-11 11-12 12-13 13-14 16-20

12 S4-05

L04

9

23

24

S4-09 T09

L21

T12

23

24 L08

25 S3-03

26

27

30

31

G5 27

G5 28 L22

G4 29 S3-10

S4-03

G5

G5

G4 Mayo Ma Mi

5

6

T11 T09 T12

11

12

G6

L23

G4

G6

X

Vi 1

7 T10

8 T08

09-10 10-11 11-12 12-13 13-14 16-20 4 T07

G4 30 S4-10

L09

L

09-10 10-11 11-12 12-13 13-14 16-20

Ma 3 L10

S4-04

2

09-10 10-11 11-12 12-13 13-14 16-20

L 2

L02

09-10 10-11 11-12 12-13 13-14 16-20

09-10 10-11 11-12 12-13 13-14 16-20

X 29

G6 Otras actividades Exámenes (examen ordinario: mayo; examen extraordinario: junio) 27 Aula Bioloxía Mayo 16:00 17 Aula QI e Aula QO Julio 10:00 Horarios de tutoría y asistencia al alumnado. Martes, Mércores e Xoves de 16.00 h a 18.00 h

S1 T1 G1

Notas Clases expositivas (teóricas) CE (LY) Clases interactivas Seminario 3 (S3-Y) Clases interactivas Seminario 4 (S4-SY) Clases interactivas tutorías (TX) Clases prácticas de laboratorio (GX) Días no lectivos festivos Grupo 1 Seminarios Grupo 1 Tutorías Grupo 1 Prácticas laboratorio

13 Clases expositivas: Aulas de Química Inoránica (Martes) e Química Xeral (Mércores) Seminarios SX: Aula 3.11 (Mércores) e 2.14(Xoves) Tutorías: Consultar calendarios Prácticas de laboratorio: Laboratorio Química Física e Aula de Informática

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6. Sistema de evaluación. 1.

El alumno no será evaluable si no asiste por lo menos al 80% en su conjunto de las clases presenciales de carácter obligatorio: seminarios, tutorías y prácticas. Es obligatoria la asistencia al menos a una de las tutorías programadas. Las prácticas de laboratorio no realizadas intentarán recuperarse de acuerdo con el profesor y dentro del horario previsto para la asignatura. Las ausencias deberán estar debidamente documentadas.

2.

La evaluación consistirá en dos partes: 2.1. Evaluación continua, que podrá constar a su vez de: i.

Ejercicios y Tests entregados al profesor (Ej_entr) y ejercicios realizados en los seminarios (Ej_sem)

ii.

Trabajo en las tutorías (Tut)

iii.

Prácticas laboratorio (Pract)

2.2. Examen final (EF) La calificación del alumno no será inferior a la del examen final ni a la obtenida ponderándola con la evaluación continua y se obtendrá como resultado de aplicar la fórmula siguiente: Nota final = máximo (0.4 x N1 + 0.6 x N2,N2) Siendo N1 la nota numérica correspondiente a la evaluación continua (escala 0-10) y N2 la nota numérica del examen final (escala 0-10) 3.

4.

Cada subapartado del apartado 2.1 contabilizará para la nota final del alumno de la siguiente manera: Ej_entr, Ej_sem y Tests

18%

Tut

10%

Pract

12%

EF

60%

Para la evaluación de las prácticas de laboratorio, los ítems a evaluar serán todos o algunos de los siguientes para cada actividad realizada: •

Test previo

•

Organización y desarrollo de las actividades de cada sesión

• •

Datos obtenidos y discusión de los mismos Test final

Es obligatorio obtener un apto en las prácticas de laboratorio para aprobar la asignatura. 5.

El examen final incluirá una primera parte que versará sobre supuestos relacionados con los aspectos teóricos y prácticos de la asignatura y una segunda parte en que se plantearán cuestiones relativas a las sesiones de laboratorio. Ambas partes tendrán en la calificación de este examen el peso porcentual siguiente: •

Contenidos teóricos

85%

•

Contenidos prácticos-laboratorio

15%

El régimen académico de los alumnos repetidores será el establecido por la Facultad de Química.

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6.3. Recomendaciones de cara a la evaluación. El alumno debe repasar los conceptos teóricos introducidos en los distintos temas utilizando el manual de referencia y los resúmenes. El grado de acierto en la resolución de los ejercicios propuestos proporciona una medida de la preparación del alumno para afrontar el examen final de la asignatura. Aquellos alumnos que encuentren dificultades importantes a la hora de trabajar las actividades propuestas deben de acudir en las horas de tutoría del profesor, con el objetivo de que éste pueda analizar el problema y ayudar a resolver dichas dificultades. Es muy importante a la hora de preparar el examen resolver algunos de los ejercicios que figuran al final de cada uno de los capítulos del manual de referencia. 6.4. Recomendaciones de cara a la recuperación. El profesor analizará con aquellos alumnos que no superen con éxito el proceso de evaluación, y así lo deseen, las dificultades encontradas en el aprendizaje de los contenidos de la asignatura. También les proporcionará material adicional (cuestiones, ejercicios, exámenes, etc.) para reforzar el aprendizaje de la materia.

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