BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS LICENCIATURA: QUÍMICO FARMACOBIÓLOGO ÁREA ESPECÍFICA DE: FISICO-QUIMICA

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1 BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS LICENCIATURA: QUÍMICO FARMACOBIÓLOGO ÁREA ESPECÍFICA DE: FISICO-QUIMICA NOMBRE DE LA ASIGNATURA: QUÍMICA CUÁNTICA CÓDIGO: LQU 305 FECHA DE ELABORACIÓN: MARZO 2001 NIVEL EN EL MAPA CURRICULAR: FORMATIVA TIPO DE ASIGNATURA CIENCIA DE LA DISCIPLINA PROFESORES QUE PARTICIPARON EN SU ELABORACIÓN: Quím. Pedro Soto Estrada Quím. Andrés Camacho Iyáñez Dr. Francisco Javier Meléndez Bustamante Dr. Juan Carlos Ramírez García HORAS DE TEORIA: 3 HORAS PRÁCTICA. 2 TOTAL DE CRÉDITOS: 8 PRE-REQUISITOS: Haber cursado y aprobado Fisicoquímica IV RECOMENDACIONES: Tener conocimiento y dominio de matemáticas, específicamente en los áreas de calculo diferencial, integral, ecuaciones diferenciales, álgebra lineal y probabilidad y estadística.

2 PRESENTACION GENERAL DEL PROGRAMA El avance de la química ha estado basado en el avance de la teoría cuántica. La comprensión de esta teoría permitirá entender mejor la química y su desarrollo, y dará las bases para desarrollar la química. El contenido programático continuará la revisión que se hace en Química General de la teoría cuántica, pero con un fundamento matemático y físico que permita resolver la ecuación de Schrödinger para sistemas simples y el átomo de hidrógeno. La revisión de los modelos atómicos ayudará al estudiante a comprender el desarrollo histórico de la teoría atómica. El estudio de la ecuación de Schrödinger dará el sustento teórico que permitirá comprender la teoría cuántica, y su aplicación a la química. OBJETIVOS GENERALES DEL CURSO Tener la información necesaria para entender los cursos posteriores de su carrera, como los de química inorgánica, química orgánica y los cursos avanzados de química cuántica. Al mismo tiempo le dará bases para ingresar a cualquier postgrado en química o física. Adquirir la capacidad de análisis, abstracción y reflexión de los comportamientos químicos a nivel atómico. Se intenta que el alumno adquiera interés por la investigación científica, a través del estudio del contenido programático. CONTENIDO Y ESQUEMA DEL CURSO: El estudiante será capaz de entender el desarrollo histórico del modelo atómico, y comprenderá la importancia de la ecuación de Schrödinger, como una ecuación de la física cuántica surgida netamente de conceptos clásicos. En el curso el estudiante conocerá la diferencia entre la física clásica, la física cuántica, la química cuántica y la química computacional cuántica. Será capaz de manejar éstos conceptos y podrá sustentar sus conocimientos posteriores en éstos. CAPÍTULO I. ANTECEDENTES DE LA CUÁNTICA. MODELOS ATÓMICOS. 12 hrs Esta unidad ubicará al estudiante en el desarrollo histórico y conceptual de la teoría cuántica. Objetivo: Conocer los diferentes modelos atómicos y su contraste experimental, que derivaron en el modelo teórico de Schrödinger. TEMAS : I-1.- Modelo de Thomson. I-2.- Modelo de Rutherford.

3 I-4.- Modelo de Bohr. I-5.- Modelo de Bohr-Sommerfeld. CAPÍTULO II. ECUACIÓN DE ONDA DE SCHRÖDINGER. 8 hrs Esta Unidad dará a conocer al estudiante la ecuación de Schrödinger y los requisitos y propiedades de las funciones que son solución de la ecuación. Objetivo: Conocerá la ecuación, sus posibles soluciones y analizará los resultados. TEMAS : II-1.- Interpretación de Born de las funciones de onda. II-2.- Valores esperados. II-3.- Funciones de onda independiente del tiempo. II-4.- Propiedades requeridas de las funciones de onda. CAPÍTULO III. SOLUCIONES A LA ECUACIÓN DE ONDA ESTACIONARIA DE SGHRÖDINGER 8 hrs Se dará a conocer la ecuación de Schrödinger independiente del tiempo y se aplicará a sistemas clásicos, que permitan entender su aplicación y los alcances de esta ecuación. Objetivo: Aplicar la ecuación a sistemas modelo simples, para adquirir la habilidad de utilizarla en otros problemas más grandes y más generales, y además para que entienda el significado de sus soluciones. TEMAS : III-1.- Potencial cero. III-2.- Potencial de pozo cuadrado en una dimensión. III-3.- Pozo cuadrado de dos y tres dimensiones. III-4.- Oscilador armónico. CAPÍTULO IV. ÁTOMOS CON UN ELECTRÓN. 10hrs La importancia de esta unidad reside en la aplicación de la ecuación de onda de Schrödinger para el átomo de hidrógeno. Analizando las funciones solución del átomo de hidrógeno y sus aplicaciones en la química. Objetivo: Resolver la ecuación para el átomo de hidrógeno de coordenadas espaciales en la representación de coordenadas esféricas, analizar las funciones de onda, solución de la ecuación, y estudiar sus características.

4 TEMAS : IV-1.- Ecuación de Schrödinger tridimensional. IV-2.- Ecuación de coordenadas esféricas. IV-3.- Separación de variables y soluciones. IV-4.- Autovalores. Números cuánticos. IV-5.- Autofunciones. IV-6.- Cálculo de la Densidad de probabilidad. IV-7.- Impulso angular orbital. CAPÍTULO V. APLICACIONES. 10hrs La teoría cuántica cobra importancia en la química, por la explicación y predicción de una gran cantidad de datos experimentales. En esta unidad se aplicará un paquete de cómputo comercial, con el objeto de calcular parámetros geométricos en moléculas. Objetivo: Construir moléculas y determinar propiedades estructurales y geométricas, tales como disposición espacial, distancias y ángulos de enlace. TEMAS : V-1.- Modelamiento molecular. V-2.- Longitudes de enlace, momento dipolar en moléculas, cargas atómicas. V-3.- Geometría molecular. METODOLOGÍA: El trabajo en clase es exposición oral con resolución de ejercicios en el pizarrón, por parte del profesor y los estudiantes. La resolución de ejercicios permitirá al estudiante comprender el significado de la ecuación y de su aplicación a sistemas químicos INSTRUMENTACIÓN DIDÁCTICA A UTILIZAR: El equipo didáctico que se ocupará es: 1.- El cañón de transparencias 2.- Equipo de cómputo 3.- Software de cálculos teóricos y modelamiento molecular CRITERIOS DE EVALUACIÓN: La evaluación se basará en: 1.- Asistencia. 2.- Entrega de tareas. 3.- Exámenes.

5 NOMBRES DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO A REALIZAR: 1.- Uso y conocimiento del software computacional. 2.- Modelamiento de compuestos orgánicos de hibridación sp3, sp2 y sp. 3.- Cálculos e interpretación del tipo semiempíricos en compuestos orgánicos. 4.- Cálculos e interpretación del tipo ab-initio Hartree-Fock en compuestos orgánicos 5.- Cálculos e interpretación del tipo funcionales de la densidad. 6.- Modelamiento de compuestos organometálicos. 7.- Cálculos e interpretación del tipo semiempíricos en compuestos organometálicos. BIBLIOGRAFÍA BÁSICA: 1.- FISICA CUANTICA - ATOMOS, MOLECULAS, SÓLIDOS, NÚCLEOS Robert Eisberg, Robert Resnick McGraw Hill; (Abril 1992) ISBN: QUIMICA CUANTICA 5a Edicion Ira N. Levine Prentice Hall; (Octubre 2001) ISBN: AB INITIO MOLECULAR ORBITAL THEORY. Warren J. Hehre, Leo Radom, P. V. Schleyer, John Pople Wiley-Interscience; 1 edition (Marzo 10, 1986) ISBN: ALGEBRAIC METHODS IN QUANTUM CHEMISTRY AND PHYSICS F. M. Fernandez, Eduardo A. Castro, Francisco M. Fernandez, E. A. Castro CRC Press; (Octubre 24, 1995) ISBN: BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA: 1.- THE ATOM IN THE HISTORY OF HUMAN THOUGHT Bernard Pullman, Axel R. Reisinger Oxford University Press; (Diciembre 1, 2001) ISBN: Útil para el capítulo I 2.- MATHEMATICS OF CLASSICAL AND QUANTUM PHYSICS/TWO VOLUMES IN ONE Frederick W. Byron, W. Fuller Robert Dover Publications; Reprint edition (Agosto 1, 1992) ISBN: X Útil para los capítulos II, III y IV. 3.- CHEMICAL MODELING: FROM ATOMS TO LIQUIDS

6 Alan Hinchliffe John Wiley & Sons; (Octubre 18, 1999) ISBN: Útil para el capítulo V

7 BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS LICENCIATURA: QUÍMICO FARMACOBIÓLOGO ÁREA ESPECÍFICA DE: FISICO-QUIMICA MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO ASIGNATURA DE: QUÍMICA CUÁNTICA CÓDIGO: LQU 305 FECHA DE ELABORACIÓN: MARZO 2001 NIVEL EN EL MAPA CURRICULAR: FORMATIVA TIPO DE ASIGNATURA: CIENCIAS DE LA DISCIPLINA PROFESORES QUE PARTCIPARON EN SU ELABORACIÓN: Quím. Pedro Soto Estrada Quím. Andrés Camacho Iyáñez Dr. Francisco Javier Meléndez Bustamante Dr. Juan Carlos Ramírez García HORAS PRÁCTICA : 2 TOTAL DE CRÉDITOS : 2

8 BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS ÁREA ESPECÍFICA DE:.FISICOQUIMICA CATÁLOGO DE EQUIPO DE LABORATORIO PROFESORES QUE PARTICIPARON EN SU ELABORACIÓN: Quím. Pedro Soto Estrada Quím. Andrés Camacho Iyáñez Dr. Francisco Javier Meléndez Bustamante Dr. Juan Carlos Ramírez García FECHA DE ELABORACIÓN: MARZO 2001

9 BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS FOTO DEL EQUIPO EQUIPO DE COMPUTO PC Los equipos constan de un CPU pentium IV, disco duro de 40 GB y memoria de 1 GB. El equipo debe ser utilizado en condiciones libres de polvo, y debe verificarse que no sea utilizado para aplicaciones de red riesgosas. No se debe comer o tomar cualquier alimento o bebida durante su uso.