Denominación: QUÍMICA FÍSICA II Código: 57210

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1 DATOS DE LA ASIGNATURA Denominación: QUÍMICA FÍSICA II Código: Clase: Troncal Curso: 2º Carácter: Cuatrimestral Cuatrimestre: 2º Créditos LRU: 7.5 Teóricos: 5.5 Prácticos: 2 Créditos ECTS: 6.8 Horas totales asignatura: Descriptores: Química Cuántica. Introducción a la Espectroscopia. (BOE) Nota: Asignatura llave de Experimentación en Química Física (57239) Computacional (57259) y Química Departamento: QUÍMICA FÍSICA Área de conocimiento: QUÍMICA FÍSICA Responsables: PROFESORADO Nombre Ubicación Horario tutorías Lucía Santos Fac. de Química(2) M.Reyes López Tlf: Tlf: Ext / 3454 Lunes y Miércoles h lucia.santos@uclm.es reyes.lopez@uclm.es 1. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA PLANIFICACIÓN DOCENTE 1.- Comprensión y aprendizaje de los fundamentos, principios y leyes de la Mecánica Cuántica 2.- Aplicación de estos conocimientos al estudio de la estructura atómica y molecular. 3.- Sentar bases sólidas para que los alumnos puedan continuar, con éxito, el aprendizaje en asignaturas posteriores. Página 1 de 6.

2 2. COMPETENCIAS Y DESTREZAS TEÓRICO-PRÁCTICAS A ADQUIRIR POR EL ALUMNO Genéricas: - Desarrollar la capacidad de análisis y síntesis. - Suscitar y fomentar el razonamiento crítico. - Desarrollar su capacidad de resolver problemas e interpretar resultados mediante la aplicación integrada de los conocimientos aprendidos. - Potenciar las habilidades del estudiante para trabajar en equipo. - Aprendizaje autónomo. - Conseguir que el alumno sea capaz de buscar información y de presentarla adecuadamente, tanto oralmente como por escrito, con la precisión requerida en el ámbito científico. Específicas: - Conocer los principios de la Mecánica Cuántica y aplicarlos en la descripción de la estructura atómica y molecular. - Conocer la interacción radiación-materia y los principios de espectroscopia. - Conocer los aspectos generales de la acción láser y los diferentes tipos de láseres. 3. TEMARIO TEÓRICO-PRÁCTICO TEMA 1. Orígenes de la Mecánica Cuántica La Física Teórica Clásica a finales del siglo XIX. Radiación del cuerpo negro. Hipótesis de Planck. Efecto fotoeléctrico. Efecto Compton. Espectros atómicos. Modelos atómico Bohr. Insuficiencia de este modelo. Principio de correspondencia. TEMA 2. Elementos básicos de la Mecánica Cuántica Dualidad onda-corpúsculo. Hipótesis de De Broglie. Ecuación de onda de Schrödinger. Operador Hamiltoniano. Estados estacionarios. Interpretación de la función de onda. Reglas de construcción de los operadores cuánticos. Algebra de operadores. Postulados de la Mecáncia Cuántica. Consecuencias fundamentales de los postulados. Partícula libre. Principio de incertidumbre de Heisenberg. Relaciones de incertidumbre posición-momento y tiempo-energía TEMA 3. Estudio mecanocuántico de algunos sistemas sencillos con mov. lineal. Partícula en una caja monodimensional. Números cuánticos. Energía residual en el punto cero. Partícula en una caja tridimensional. Estados degenerados. Barreras de potencial. Efecto túnel. Oscilador armónico unidimensional. Comparación de los resultados clásico y cuántico. Reducción del problema de dos partículas al problema de una partícula. TEMA 4. Momento angular y rotor rígido. 2 El momento angular en Mecánica Cuántica. Relaciones de conmutación. Operadores L y Lz en coordenadas polares esféricas. Funciones y valores propios de dichos operadores. Armónicos esféricos. Cuantización espacial. Rotor rígido. Página 2 de 6.

3 TEMA 5. El átomo de hidrógeno. Campos de fuerzas centrales: Ecuación radial. El átomo de hidrógeno como sistema de fuerzas centrales. Solución de la ecuación radial para un potencial culombiano. Orbitales hidrogenoides. Significado físico. Representación. Funciones de distribución de probabilidad. Interacción con un campo magnético: Cuantización espacial. Spin electrónico. TEMA 6. Átomos polielectrónicos. Métodos aproximados para resolver la ecuación de Schrödinger. Método de variaciones. Teoría de perturbaciones. Comparación de ambos métodos para el estado fundamental del átomo de helio. Principio de exclusión de Pauli. Determinantes de Slater. Estados excitados del átomo de helio. Átomo de litio. Métodos del campo autoconsistente de Hartree y de Hartree-Fock. Correlación electrónica. Sistema periódico de los elementos. Principio Aufbau. Modelo vectorial del átomo: Adición de momentos angulares. Acoplamiento Russell-Saunders. Términos espectrales correspondientes a una configuración electrónica. Regla de Hund. Interacción spinorbita. Acoplamiento j-j. Efecto Zeeman. Espectros atómicos. Reglas de selección. Estructura fina de los espectros. TEMA 7. Estructura electrónica de las moléculas diatómicas. Hamiltoniano molecular. Aproximación de Born-Oppenheimer. Molécula ion de hidrógeno. Método de Orbitales Moleculares. Aproximación OM-CLOA y aplicación a la molécula ion de hidrógeno. Tipos y simetría de OM. Curvas de energía potencial. Tratamiento de la molécula de hidrógeno mediante el método de OM. Interacción de configuraciones. Configuraciones electrónicas de moléculas diatómicas homonucleares. Diagramas de correlación. Términos electrónicos moleculares. Tratamiento de las moléculas diatómicas heteronucleares mediante el método de OM. Método de enlace de valencia. TEMA 8. Fundamentos de Espectroscopía molecular. Tratamiento simplificado de la interacción radiación-materia mediante la teoría de perturbaciones dependiente del tiempo. Probabilidad de transición. Momento dipolar de transición. Reglas de selección. Tipos de espectroscopía. Cinética de los procesos de absorción y emisión de radiación: Coeficientes de Einstein. Emisión espontánea. Tiempo de vida radiante medio. Inversión de población. Amplificación de emisión estimulada. Láseres. Forma y anchura de las líneas. Ley de Lambert-Beer. TEMA 9. Espectroscopias de Rotación y Vibración. Ecuación de Schrodinger nuclear. Ecuación radial.energía vibracional: Aproxi-mación del oscilador armónico y correcciones de la anarmonicidad. Potencial de Morse. Energía rotacional: Aproximación del rotor rígido, acoplamiento rotación-vibración y distorsión centrífuga. Energía interna de una molécula diatómica. Estado vibracional fundamental. Energía de disociación. Espectros de rotación pura de moléculas diatómicas. Reglas de selección. Intensidades de las líneas de los espectros rotacionales. Espectros de rotación-vibración de moléculas diatómicas. Espectroscopía Raman. TEMA 10. Espectroscopía Electrónica. Energía de los niveles electrónicos. Reglas de selección. Estructura vibracional de las transiciones electrónicas. Intensidad de las bandas vibracionales: Principio de Franck-Condon. Estructura fina rotacional de las bandas electrónico-vibracionales. Obtención de la energía de disociación. Estrapolación de Birge-Sponer. Disociación y predisociación. Fluorescencia y fosforescencia. Página 3 de 6.

4 4. DISTRIBUCIÓN DE ACTIVIDADES H O R A S Tiempo Factor Tiempo TOTAL presencial aplicable personal Clases magistrales 41 1,5 61,5 102,5 Laboratorio Tutoría obligatoria Seminario / talleres Trabajo individual Evaluaciones continuas 2 1,5 3 5 Exámenes periodos establecidos Tiempos totales ,5 170,5 5. PLANIFICACIÓN TEMPORAL Códigos para las tareas: clase magistral; laboratorio; tutoría; S = seminario; TI = trabajo individual; evaluaciones continuas; examen. Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Febrero Marzo Abril Mayo C C C C S C C C S S C C C C S S C C C C S C C C C S C C C C S C C C C S S T C C S S T S S T C C S S T C C C S S C C C C S S E C C C 13 S =6 1 9 S =4 1 1( es de dos horas) 15 S =6 1 4 S =4 1 Página 4 de 6.

5 6. METODOLOGÍA DOCENTE La asignatura se desarrollará mediante clases de teoría, clases de problemas, seminarios y tutorías. Se indicará al alumno los mejores recursos para la preparación de las actividades docentes desarrolladas y se animará a los mismos para que participen con sugerencias, dudas, etc que vayan surgiendo durante su trabajo en el aula o bien durante el trabajo personal que cada alumno haya realizado fuera de la misma. En las clases de teoría se ofrecerá la visión general del tema y se tratarán los puntos más importantes en profundidad. Los temas de teoría descritos se complementan con una colección de problemas que ayuden al alumno a profundizar en los temas desarrollados en las clases de teoría. Las clases de problemas se desarrollarán explicando una serie de problemas-tipo que permitan a los alumnos aprender a identificar los elementos esenciales del planteamiento y la resolución de los problemas de cada tema. El alumno se enfrentará a problemas análogos y a otros de mayor complejidad en seminarios y en tutorías. En tutorías, además, el alumno recibirá cuestiones o problemas adicionales que le servirán para reforzar sus conocimientos. Deberá entregarlas resueltas en la tutoría siguiente y el profesor se los devolverá corregidos. Para impartir la asignatura, se utilizarán tanto la pizarra como transparencias o presentaciones en PowerPoint. Elegiremos, en cada caso, aquél medio que permita al alumno aprender mejor los objetivos propuestos previamente para esta asignatura. El alumno dispondrá del material relacionado con la asignatura en Campus Virtual (Red Campus, Moodle) y en la página web del profesorado. 7. CRITERIOS DE EVALUACIÓN Se evaluará el aprendizaje del alumno mediante dos procesos diferentes: 1) Evaluación contimua de los progresos y del trabajo desarrollado a lo largo del curso. - Un 20% de la nota final se podrá obtener en las cuestiones y problemas entregados a los alumnos en clases de seminario y tutorías. - El 80% restante se obtendrá a partir de la evaluación de los conocimientos adquiridos. Para ello, se realizarán dos exámenes correspondientes a los Temas1-6 y Temas 7-10, respectívamente. El primero de ellos se realizará a finales de marzo y el segundo al finalizar la asignatura. En estos dos exámenes se incluirán cuestiones teóricas y prácticas sobre los contenidos de la asignatura. Ambos exámenes se superarán con una nota igual o mayor que 5 (sobre 10). Cada examen tendrá un valor del 50% en el apartado correspondiente a exámenes de la evaluación continua. Si se supera esta evaluación, no será necesario realizar el exámen final. En caso contrario, el alumno pasaría a ser evaluado únicamente con un examen final; es decir, pasaría a ser evaluado según la opción (2). Página 5 de 6.

6 8. BIBLIOGRAFÍA 8.1. BIBLIOGRAFÍA BÁSICA Química Física, Vol. I, J. Bertrán Rusca y J.Núñez Delgado, Ed. Ariel, Química Cuántica, J.Bertrán Rusca y col., Ed. Síntesis, 2002 Physical Chemistry, R.A. Alberty, John Wiley & Sons, Physical Chemistry: A Molecular Approach, D.A McQuarrie, J.D. Simon. University Science Books, Fisicoquímica, P.W. Atkins, Addison-Wesley, Fisicoquímica, Vol. II, I.N. Levine, McGraw-Hill, Fisicoquímica, G.W. Castellan Addison Wesley Iberoamericana, Química Física, Vol I, M. Díaz Peña y A. Roig Muntaner, Alhambra, Química Cuántica. La Química Cuántica en 100 Problemas, L.E. Bailey y M:D.Troitiño UNED, BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA Espectroscopía Molecular, V. Luaña y col., Univ. Oviedo, 2002 Química Cuántica, I.N. Levine, Prentice Hall, 2001 Molecular Quantum Mechanics, P.W.Akins, Oxford Univ. Press, Espectroscopía Molecular, I.N Levine, AC, Espectroscopía, A. Requena y J. Zúñiga, Prentice Hall, 2004 Química Física: Problemas de Espectroscopía, A. Requena y J. Zúñiga, Prentice Hall, 2007 Fundamentalsof Molecular Spectroscopy, C.N. Banwell & E.M. McCash, McGraw-Hill, Introduction to Molecular Spectroscopy, G.M. Barrow, McGraw-Hill, Modern Spectroscopy, J.M. Hollas, John Wiley & Sons, Espectroscopía Láser de alta resolución de algunos monohaluros de bismuto (BiCl, BiBr y BiI) y CS 2. Dinámica de estados excitados, M.R. López, Servicio de Publicaciones de la UCLM, Otros: Esta usted de broma Sr. Feyman R.P Feyman, Alianza editorial, 1987 Breve historia de la química I. Asimov, Alianza editorial, 1999 El elogio de la imperfección R. Levi- Montalcini, Ediciones B, 1999 El electrón es zurdo I. Asimos, Alianza Editorial, 2002 El tío tungsteno recuerdos de un químico precoz, O. Sacks, Ed. Anagrama, 2003 Diálogos sobre Física atómica W. Heisenberg, Ed. Biblioteca de autores cristianos, Página 6 de 6.