UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES MEDELLÍN - COLOMBIA. Evaluaciones 4 otros total: 64 horas de clase

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1 UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES MEDELLÍN - COLOMBIA PROGRAMA DE CURSO DE PREGRADO INSTITUTO DEQUÍMICA ÁREA DE FISICOQUÍMICA CÓDIGO DEL CURSO: CNQ- NOMBRE: TEORÍA DE LA DINÁMICA DE REACCIONES QUIMICAS Requisitos: CNQ-398 Fisicoquímica 2; CNM-295 Cálculo 3; CNF-260 Física 1 Correquisitos: CNQ-388 Química Cuántica 1 Duración del semestre: 16 semanas de clase Número de créditos: _4 Intensidad semanal en horas: teórico-prácticas 4 Intensidad semestral en horas: teoría 28 talleres 32 Evaluaciones 4 otros total: 64 horas de clase Jornada: diurna. Metodología: Exposiciones y taller, asistencia obligatoria Tipo de curso: Electivo, no habilitable. Programas a los cuales se ofrece: Química, Ingeniería Química, Física, Postgrado en Química Vigente desde el semestre: hasta: Edición número: 1 Programa elaborado por los profesores: Gloria Moyano y José Guillermo López

2 1. PROPÓSITO DEL CURSO Se pretende que el estudiante combine los elementos aprendidos en los cursos de fisicoquímica clásica con la visión microscópica de la química cuántica para lograr un entendimiento de cómo ocurren las reacciones químicas desde el punto de vista microscópico. Además, para desarrollar la capacidad de implementar modelos y hacer predicciones cuantitativas. 2. JUSTIFICACIÓN DEL CURSO Planteamos un plan temático que reúne los elementos necesarios, tanto desde el punto de vista de los fundamentos, como de los aspectos prácticos, para iniciar investigaciones en dinámica de las reacciones químicas. El contenido también es apropiado para experimentalistas que buscan una base conceptual y un bagaje para entender la literatura sobre investigaciones de frontera en el área de dinámica, ya sea en aspectos macroscópicos o microscópicos. Adoptamos un enfoque que integra los aspectos computacionales y las predicciones con el análisis de resultados experimentales. En el desarrollo del curso se hace uso intensivo de herramientas computacionales basadas en la mecánica estadística, química cuántica y cinética clásica de reacciones químicas. Sin embargo, no se requiere formación previa en programación o uso de algoritmos de química computacional. Con el trabajo de taller se busca desarrollar las habilidades para hacer dinámica computacional. 3. OBJETIVOS 3.1. GENERAL Estudiar los conceptos y técnicas computacionales básicas de la dinámica clásica de las reacciones químicas. También se busca que los estudiantes reflexionen sobre la conexión entre los experimentos y los resultados que se obtienen a través de simulaciones ESPECÍFICOS Proporcionar una base conceptual y matemática que permita al estudiante comprender detalles técnicos de métodos computacionales de la dinámica química teórica Proporcionar una guía que facilite el estudio independiente de la bibliografía

3 sobre asuntos de investigación en dinámica química teórica y/o de capítulos sobre este tema en cursos avanzados de química física molecular Realizar varios ejercicios computacionales que ilustren problemas y procedimientos de la investigación contemporánea en dinámica química desde la perspectiva del químico teórico. Además, que permitan al estudiante adquirir habilidad en la manipulación de herramientas computacionales cotidianas del químico-físico teórico Promover el desarrollo y la implementación de métodos, junto con el uso crítico e informado de varios programas o algoritmos estándar de química computacional, como actitudes del futuro investigador en química teórica. 4. METODOLOGÍA Se combinarán presentaciones por parte de los profesores y lecturas junto con talleres de ejercicios a desarrollar manualmente o con ayuda del computador. El esquema temático que hemos propuesto es flexible en el sentido de permitir una presentación general de los capítulos junto con lecturas y actividades de taller para estudiantes en dos niveles separados: uno básico o de pregrado y uno avanzado o de postgrado. 5. EVALUACIÓN Se evaluará el trabajo de preparación y la conclusión satisfactoria de los talleres, representada en los resultados numéricos (archivos de datos y tratamiento), su discusión y análisis. Se propondrán presentaciones escritas y orales sobre los talleres como pruebas intermedia y final del curso.

4 6. CONTENIDO UNIDAD 6.1. Revisión de conceptos y teorías de la cinética clásica y la mecánica estadística. TEMAS Y CONTENIDO Conceptos y terminología básica de cinética química. Colectivos estadísticos, promedios y distribuciones. HORAS T P Transición entre el nivel macroscópico y el microscópico. Sección eficaz, relación entre la sección eficaz y el coeficiente de velocidad Superficies de energía potencial. Terminología básica. Aspectos computacionales de la construcción de superficies de energía potencial para cálculos de dinámica (cálculo de puntos críticos, coordenadas de reacción, coordenadas moleculares y descripción matemática de las superficies) Dinámica de colisiones bimoleculares. Introducción a las teorías de velocidades de reacción. Modelos de colisión simple. Dispersión clásica de dos cuerpos.

5 UNIDAD 6.5. La aproximación de trayectorias clásicas a la dispersión reactiva. TEMAS Y CONTENIDO Ecuaciones clásicas de movimiento. Sistemas de coordenadas. Procedimientos de solución y análisis de trayectorias. HORAS T P 6.6. Teoría generalizada del estado de transición. Teoría clásica del estado de transición. Limitaciones y mejoramientos. Dinámica del estado de transición Dinámica de reacciones unimoleculares. Generalidades y conceptos de las teorías de la disociación unimolecular. Modelos estadísticos y sus aplicaciones Simulaciones de mecánica estadística. Preliminares y terminología. Dinámica molecular y Monte Carlo. Generalidades sobre la simulación en diferentes colectivos estadísticos.

6 7. BIBLIOGRAFÍA 7.1. STEINFELD J.I., FRANCISCO J.S. Y HASE W.L. Chemical Kinetics and Dynamics (2a edición), Ed. Prentice Hall, New Jersey SCHATZ G. C. y RATNER M. A., Quantum Mechanics in Chemistry. Edición revisada, Dover, New York FIELD M.J. A Practical Introduction to the simulation of Molecular Systems, Cambridge University Press, New York THOMPSON D.L. RAFF L.M. The classical trajectory approach to reactive scattering, de: Theory of Chemical Reaction Dynamics vol. 3, Editado por Michael Baer. CRC press, Boca Ratón, p. 1, ALLEN M. A., Statistical Mechanical Simulations, capítulo B3.3 de: Encyclopedia of Chemical Physics and Physical Chemistry, 3 vols. Editada por J.H. Moore y N.D. Spencer, Institute of Physics, ALLEN M. P. y TILDESLEY D. J. Computer Simulations of Liquids, Oxford Science Publications, Oxford 1987