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FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS QUMICAS

Cdigo-Materia: 26020 Fisicoqumica 3 y Laboratorio Requisito: Fisicoqumica II y laboratorio Programa Semestre: Qumica Perodo acadmico: 2015-2 Intensidad semanal: 4 horas + 3 de laboratorio Crditos: 4 (3+1) Descripcin En este curso se introducen los fundamentos de la mecnica cuntica con el objetivo de construir los modelos modernos de tomo y enlace qumico. Las molculas diatmicas y poliatmicas son tratadas en el modelo cuntico moderno de enlace qumico y la teora de orbital molecular. La interaccin de la radiacin con la materia se trata a nivel aplicado estudiando en detalle las espectroscopias electrnica, rotacional, vibracional y de resonancia magntica nuclear. Objetivos General: Describir a nivel fundamental fenmenos fisicoqumicos de relevancia en procesos y transformaciones qumicas. Relacionar fenmenos fundamentales a escalas subatmica, atmica y molecular con el comportamiento qumico y espectroscpico de las entidades qumicas. Emplear las leyes de movimiento clsicas y cunticas en la descripcin del movimiento de molculas y macromolculas. A nivel prctico, los conceptos y teoras tratadas en el curso se aplican empleando software como GAUSSIAN, GAMESS o Mathematica. Terminales: Al finalizar el semestre el estudiante estar en capacidad de:

Describir fenmenos cunticos fundamentales que estn relacionados con fisicoqumica y espectroscopia.

Describir movimiento molecular empleando las leyes clsicas y cunticas.

Calcular propiedades moleculares empleando software de estructura electrnica y de mecnica molecular.

Utilizar Mathematica como una herramienta para resolver problemas matemticos relacionados con procesos fisicoqumicos.

Especficos De formacin acadmica: Unidad 1: Mecnica Cuntica

Describir la emergencia de la mecnica cuntica a principios del siglo XX y su relacin con los

fenmenos fsicos y qumicos no explicables en trminos clsicos

Resolver la ecuacin de Schrdinger para sistemas simples de inters fisicoqumico.

Relacionar las soluciones de la ecuacin de Schrdinger con sistemas cunticos de inters en

espectroscopa y fisicoqumica molecular.

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Emplear los mtodos aproximados para resolver la ecuacin de Schrdinger para sistemas

moleculares que no se puedan resolver exactamente.

Unidad 2: Estructura atmica.

Relacionar el problema de la fuerza central con el tomo de hidrgeno

Describir las soluciones del tomo de hidrgeno en trminos matemticos y espaciales.

Relacionar el concepto de configuracin electrnica con las soluciones del tomo de hidrgeno.

Describir los mtodos de campo autoconsistente para describir tomos multielectrnicos

Describir los tomos multielectrnicos en trminos de trminos espectroscpicos

Unidad 3: Estructura electrnica molecular.

Reconocer la pertinencia de la aplicacin de la aplicacin de Born-Oppenheimer para el tratamiento

de molculas.

Describir el enlace qumico en trminos de la Teora de Orbital Molecular (TOM).

Emplear la TOM para describir molculas poliatmicas.

Emplear trminos espectroscpicos en la descripcin de molculas poliatmicas.

Describir los estados electrnicos excitados y relacionarlos con la validez de la aproximacin de

Born-Oppenheimer.

Emplear programas de qumica computacional para calcular propiedades de molculas.

Unidad 4: Espectroscopia y fotoqumica.

Relacionar la simetra y la teora de grupos con las estructuras moleculares

Relacionar las diferentes tcnicas espectroscpicas con los movimientos moleculares y electrnicos.

Emplear reglas de seleccin para entender porque determinadas molcula presentan o no transiciones.

Describir los experimentos de resonancia magntica nuclear a nivel fundamental.

Describir el fenmeno laser, y relacionarlo con las tcnicas de espectroscopia laser.

Relacionar la estructura de niveles cunticos con las diferentes tcnicas de espectroscopia laser.

Emplear pulsos laser para excitar estados no estacionarios en molculas y relacionar este concepto con la espectroscopia laser dependiente del tiempo.

De formacin en valores y capacidades: Al terminar el curso cada estudiante habr tenido la oportunidad de reflexionar sobre los siguientes valores, as como de desarrollar estas capacidades:

La perseverancia y la autonoma, resolviendo los ejercicios propuestos en cada tema de estudio.

La capacidad crtica para poner a prueba las teoras cientficas a nivel terico o experimental.

La curiosidad intelectual y la capacidad de anlisis, tratando de explicar los resultados tericos y experimentales y la relacin entre estos, as como la aplicacin o extensin de los conceptos en otros campos cientficos o tecnolgicos.

La responsabilidad, mediante el cumplimiento en las fechas de entrega de los trabajos e informes de laboratorio, cumplimiento de las normas de higiene y seguridad en el laboratorio.

La honestidad, al reportar los resultados de la practica sin ninguna alteracin independiente de si el experimento funcion o no.

El respeto por la naturaleza, evitando la contaminacin ambiental al no verter en los desages los residuos de los experimentos.

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La capacidad de trabajo bajo presin, ya que la prctica de laboratorio debe terminarse en un tiempo determinado para poder reportar la totalidad de sus resultados.

Metodologa Los temas se desarrollaran durante el semestre siguiendo la metodologa del aprendizaje activo. Tal como est planificado en el programa del curso, al final de la clase el profesor asigna las lecturas y tareas que el estudiante debe preparar para la clase siguiente. Al comienzo de la clase el estudiante presentar una comprobacin de lectura corta o entregar la tarea que le haya sido asignada. Actividades del estudiante Antes de la clase: El estudiante deber preparar los temas asignados por el profesor, lo que incluye:

Estudiar el material asignado en la programacin del curso, tanto para la clase terica como para el laboratorio.

Buscar informacin sobre los cuidados que se deban tener con los reactivos, equipos, instrumentos y procedimientos involucrados en las prcticas de laboratorio.

Resolver las tareas, preguntas y ejercicios contenidos en el material del curso y lo asignado adicionalmente por el profesor durante el semestre.

Asistir a las secciones de monitoria, tutora o atencin a estudiantes, si requiere algn apoyo adicional.

De ninguna manera se considera que se ha preparado la clase solamente leyendo el material a la carrera, poco antes de entrar al saln o al laboratorio. Durante la clase: El estudiante deber:

Plantear las dudas que le quedaron durante su proceso de estudio del tema a tratar.

Participar activamente en las actividades de la clase de acuerdo con los temas desarrollados durante la misma.

Trabajar en la solucin de los problemas y ejercicios propuestos.

Cumplir a cabalidad con las normas de seguridad en el laboratorio.

Realizar la prctica de laboratorio correspondiente. Despus de la clase: El estudiante deber:

Establecer las relaciones entre los temas tratados en la clase y el conocimiento previamente adquirido.

Analizar los resultados obtenidos en la prctica de laboratorio e integrarlos con los conceptos adquiridos en la clase terica.

Realizar las tareas definidas en la clase, incluyendo el desarrollo de ejercicios, consultas y otras actividades asignadas.

Realizar el informe de laboratorio, despus de la prctica realizada, segn los lineamientos y requerimientos dados por el profesor.

Evaluacin La evaluacin tiene dos componentes, uno relacionado con la parte terica y otro con la prctica.

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Nota terica (NT)

Evaluacin Valor

porcentual Unidades que incluye

Semana en la que se realizar

Examen Parcial 1 25 1 y 2 Semana 6

Examen Parcial 2 25 2 y 3 Semana 11

Examen Parcial 3 25 3 y 4 Semana 17

4 Pruebas Cortas Unidades 1,2,3, y 4

25 1,2,3,4 Definido en el calendario del curso

Nota final parte terica 100%

Nota laboratorio (NL)

Evaluacin Valor porcentual Prcticas que

incluye Semana en la

que se realizara

Comprobacin de lectura 10% 1 a 8 Todas

Trabajo en el laboratorio 10% 1 a 8 Todas

Reporte de clculos y resultados 10% 1 a 8 Todas

Prueba Prctica 1 35% 1 a 8 Todas

Prueba Practica 2 35% 1 a 8 Todas

Nota final laboratorio 100% Nota final (NF) La nota terica (NT) vale un 70%, el laboratorio (NL) un 30%, la nota final (NF) se calcula:

NF = 0.7*NT + 0.3*NL,

Bibliografa

Libro Gua: Physical Chemistry a molecular approach, McQuarrie D. A.

Libro Gua: Levine, I., Fisicoqumica: volumen 1 y 2, quinta edicin, McGraw-Hill, 2004.

Berry, R. S., Rice S. A., Ross J., Physical Chemistry, second edition, Oxford University Press, 2000.

Atkins P., Paula, J. de, Physical Chemistry, seventh edition, W. H. Freeman and Company, 2002. APENDICE:

PROGRAMA DE ACTIVIDADES

sem clase TEMA A TRATAR LECTURA PRACTICA

1 1

Matemticas: nmeros complejos, probabilidad y estadstica, vectores

Mathchapter A, B y C

2

2 3 La aparicin de la mecnica cuntica

captulo 1 pag 1 a 25 Introduccin al

sistema operativo 4

3 5 Ecuacin de ondas clsica

captulo 2 pag 39 a 54

6

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4 7

La ecuacin de Schrdinger y la partcula en una caja

captulo 3 pag 73 a 96 Linux OS

8

5

9 Postulados y principios de la mecnica cuntica

10

captulo 4 pag 115 a 134

6 11 EXAMEN 1

Introduccin a Mathematica 1 12 El oscilador armnico y el rotor rgido

7 13

captulo 5 pag 157 a 177

14

8

15 Matemticas: Coordenadas esfricas, determinantes

Mathchapter D y E Introduccin a

Mathematica 2 16 El tomo de hidrgeno

Captulo 6 pag 191 a 220

9

17

18 Mtodos aproximados Captulo 7 pag 241 a 261

10 19

Aplicaciones de Mathematica 20 tomos multielectrnicos

Captulo 8 pag 275 a 308

11 21

22 EXAMEN 2

12

23 Enlace qumico de molculas diatmicas Captulo 9 pag 323 a 360

Prediccin, Caracterizacin y Optimizacin de Estructuras de Transicin

24

13 25 Enlace en molculas poliatmicas

Captulo 10 pag 371 a 399

26

14

27 Espectroscopia Molecular captulo 13 pag 495 537

Reacciones qumicas y reactividad (interpretar la densidad electrnica y calcular entalpias de reaccin)

28

15 29 Resonancia Magntica Nuclear

captulo 14 pag 547 a 576

30

16 31 Lseres, espectroscopia laser y fotoqumica

captulo 15 pag 591 a 620

Coordenadas de Reaccin Intrnsecas IRC y Barrido 32

EXAMEN 3