Dades generals

Curs acadèmic:
2009
Descripció:
Reaccions complexes, teoria de col·lisions clàssica, superfícies d'energia potencial, teoria de l'estat de transició, dinàmica de col·lisions entre dues partícules, dinàmica molecular de les reaccions químiques, mètodes experimentals, reaccions en solució i catàlisi, reaccions unimoleculars.
Crèdits:
6
Idioma principal de les classes:
Català
S’utilitza oralment la llengua anglesa en l'assignatura:
Gens (0%)
S’utilitzen documents en llengua anglesa:
Poc (25%)

Grups

Grup A

Durada:
Semestral, 1r semestre
Professorat:
MIQUEL SOLA I PUIG  / SERGEY VYBOYSHCHIKOV

Competències

  • Conèixer la cinètica dels canvis químics, incloent la catàlisi, i la seva aplicació a la interpretació mecanística de les reaccions químiques
  • Conèixer la relació entre les propietats macroscòpiques de les substàncies i les propietats individuals del àtoms i molècules que les formen, incloent macromolècules tant naturals com sintètiques
  • Capacitat de demostrar els coneixements adquirits i la comprensió dels seus fets essencials: conceptes, principis i teories
  • Capacitat d’aplicar els coneixements adquirits a la resolució de problemes comuns tant de naturalesa qualitativa com quantitativa
  • Capacitat de processar, també informàticament, dades i informació química
  • Capacitat d’anàlisi i resolució de problemes, tant de naturalesa qualitativa com quantitativa
  • Capacitat per utilitzar eines informàtiques com internet, processadors de text, fulls de càlcul, bases de dades i programes específics del camp de la Química
  • Capacitat per interaccionar amb altres persones i per formar equips de treball
  • Capacitat d’anàlisi i síntesi

Altres Competències

  • Repassar els conceptes de la cinètica formal i aprendre els diferents mètodes matemàtics que existeixen per resoldre les equacions cinètiques. Introduir el concepte fonamental de superfície de potencial bàsic per poder entendre els diferents mètodes existents per fer prediccions de constants de velocitat. Conèixer els avantatges i inconvenients de la Teoria de col·lisions clàssica, la teoria del estat de transició i la Dinàmica Molecular en la determinació teòrica de constants de velocitat. Analitzar els mètodes experimentals que s'utilitzen per estudiar les interaccions existents entre les molècules reaccionants.

Continguts

1. Cinètica Química

          1.1. Velocitat de reacció

          1.2. Equació de velocitat

                    1.2.1. Equació diferencial de velocitat

                    1.2.2. Integració de les equacions diferencials de velocitat

                    1.2.3. Temps de vida mitjana

          1.3. Dependència de la constant de velocitat amb la Temperatura

                    1.3.1. Els paràmetres d’Arrhenius

                    1.3.2. Teoria d’Arrhenius de les reaccions elementals

          1.4. Determinació de l’equació de velocitat

                    1.4.1. Mètode de l’aïllament

                    1.4.2. Mètode diferencial

                    1.4.3. Mètode del temps de vida mitjana

                    1.4.4. Classificació dels mètodes experimentals

          1.5. Reaccions complexes

                    1.5.1. Reaccions reversibles

                    1.5.2. Reaccions paral•leles

                    1.5.3. Reaccions consecutives

                    1.5.4. Aproximació del estat estacionari

                    1.5.5. Aproximació de l’etapa limitant

                    1.5.6. Reaccions en cadena

                    1.5.7. Explosions

                    1.5.8. Polimerització

                    1.5.9. Catàlisi

                    1.5.10. Mecanisme general d’una catàlisi

2. Reacciones complexes II

          2.1. Mètodes numèrics

                    2.1.1. Mètodes d’un pas

                    2.1.2. Mètode de predictor-corrector

          2.2. Mètodes estocàstics

                    2.2.1. Desenvolupament analític del mètode estocàstic

                    2.2.2. Simulació numèrica estocàstica de reaccions químiques

          2.3. Resolució del mecanisme d’una reacció a partir de les mesures experimentals i càlculs teòrics

3. Teoria de les col•lisions Clàssica

          3.1. Nombre de col•lisions per unitat de temps

          3.2. Requeriment d’una energia mínima

          3.3. Factors estèrics

4. Superfícies d’energia potencial (PES)

          4.1. Aproximació de Born-Oppenheimer

                    4.1.1. Equació de Schrödinger electrònica

                    4.1.2. Equació de Schrödinger nuclear

          4.2. Superfícies adiabàtiques i diabàtiques

          4.3. Determinació de la PES

                    4.3.1. Forces intermoleculars i intramoleculars

                    4.3.2. Potencial Empíric

          4.4. Perfil de la reacció, punts estacionaris de la PES, i camí de reacció intrínsec

          4.5. Localització dels punts estacionaris en la PES

                    4.5.1. Localització de mínims

                    4.5.2. Localització d’estats de transició

5. Teoria de l’estat de transició

          5.1. Postulats

          5.2. Desenvolupament de la teoria del estat de transició

          5.3. Correccions quàntiques: efecte túnel

          5.4. Formulació termodinàmica de la TET

          5.5. Relació entre la TET i la teoria de col•lisions clàssica

          5.6. Efectes isotòpics

          5.7. Teoria Variacional de l’estat de transició

          5.8. Aplicació de la TET

6. Dinàmica de les col•lisions elàstiques moleculars

          6.1. Moviments respecte al centre de masses

          6.2. L’energia centrifuga

          6.3. Conservació del moment angular

          6.4. La barrera centrifuga

          6.5. Secció eficaç de col•lisió

          6.6. Secció reactiva de col•lisió

                    6.6.1. Exemples de funció opacitat

          6.7. Constant de velocitat de les reaccions entre ions i molècules

          6.8. Constant de velocitat per reaccions amb barrera energètica

          6.9. Introducció dels requeriments estèrics

7. Dinàmica molecular de les reaccions químiques

          7.1. Càlcul de les trajectòries clàssiques

                    7.1.1. Selecció de les condicions inicials

                    7.1.2. Determinació de la funció opacitat

                    7.1.3. Determinació de la secció reactiva de col•lisió

                    7.1.4. Col•lisions reactives i no reactives

                    7.1.5. Superfícies atractives i repulsives

8. Mètodes experimentals

          8.1. Femtoquímica

          8.2. Feixos moleculars

          8.3. Quimiluminescència

          8.4. Làsers

9. Reaccions en solució i catàlisi

          9.1. Propietats generals de les reaccions en solució

          9.2. Difusió

          9.3. Reaccions lentes

          9.4. Mètodes de relaxació per a reaccions ràpides

          9.5. Catàlisi i equilibri

          9.6. Catàlisi homogènia

          9.7. Autocatàlisi i reaccions oscil•lants

          9.8. Catàlisi enzimàtica

          9.9. Catàlisi heterogènia i reaccions gas-superfície

10. Reaccions unimoleculars

          10.1. Formació de molècules energitzades

          10.2. Teoria Lindemann-Hinshelwood

          10.3. Teories RRK i RRKM

          10.4. Transferència d'energia intramolecular

          10.5. Descripció mecànico-clàssica dels moviments intramoleculars i de la descomposició unimolecular

Activitats

Tipus d’activitat Hores amb professor Hores sense professor Total
Aprenentatge basat en problemes (PBL) 15 10 25
Classes expositives 45 20 65
Classes pràctiques 1 1 2
Elaboració de treballs 1 9 10
Prova d'avaluació 6 30 36
Tutories 2 4 6
Total 70 74 144

Bibliografia

  • Aguilar, Antonio, Lucas, Josep Maria, Gómez Valentín, Elvira (1997). Cinètica química. Barcelona: Llibres de l'Índex Universitat de Barcelona. Catàleg
  • González Trevijano, Pedro José (1991). Cinética y dinámica molecular química. Madrid: EUDEMA. Catàleg
  • González Trevijano, Pedro José (1985). Cinética y dinámica molecular de las reacciones químicas elementales. Barcelona: Alhambra. Catàleg
  • Laidler, Keith James (1987). Chemical kinetics (3rd ed). New York: Harper Collins Publishers. Catàleg
  • Levine, Raphael D, Bernstein, Richard Barry (1987). Molecular reaction dynamics and chemical reactivity. New York [etc.]: Oxford University Press. Catàleg
  • Levine, Raphael D (1999). Quantum mechanics of molecular rate processes. Mineola, NY: Dover. Catàleg
  • Steinfeld, Jeffrey I, Francisco, Joseph S, Hase, William L (cop. 1999). Chemical kinetics and dynamics (2nd ed). Upper Saddle River: Prentice Hall. Catàleg
  • Logan, S. R (cop. 2000). Fundamentos de cinética química. Madrid: Addison Wesley Iberoamericana. Catàleg
  • Billing, Gert D, Mikkelsen, Kurt V (cop. 1996). Introduction to molecular dynamics and chemical kinetics. New York [etc.]: Wiley. Catàleg
  • Billing, Gert D, Mikkelsen, Kurt V (cop. 1997). Advanced molecular dynamics and chemical kinetics. New York [etc.]: Wiley. Catàleg
  • HOUSTON, P.L. (2001). Chemical Kinetics and Reactions Dynamics. New York: McGraw-Hill. Catàleg
  • BERRY, R. S., RICE, S. A., ROSS, J. (2002). Physical and Chemical Kinetics. New York: Oxford University Press. Catàleg

Avaluació i qualificació

Activitats d'avaluació:

Descripció de l'activitat Avaluació de l'activitat %
Realitzar un exercici amb el kintecus 5% de la nota final
Primer examen d'avaluació continuada 15% de la nota final
Segon examen d'avaluació continuada 15% de la nota final
Examen final de gener i febrer 65% de la nota final de gener (o 100% si s'ha triat avaluació final. També 100% si és la convocatòria de febrer)

Qualificació

Tipus d'exàmens:
Proves escrites on s'avaluaran els coneixements teòrics i pràctics. El pes que es dóna a cada part de la prova és de:
Examen Teòric: 75 %
Examen Pràctic: 25 %
A l'inici del curs l'alumne triarà si prefereix seguir l'avaluació contínua o prefereix fer un únic examen final. Si tria el sistema d’avaluació continuada regularment s’avaluarà la progressió de l’alumne a través de dos exàmens parcials i un de final. Cal fer un treball durant el curs basat en el programa KINTECUS. El KINTECUS permet simular la cinètica de qualsevol reacció química o procés d’equilibri. Si tria l'avaluació final només caldrà que es presenti a l'examen final.

Observacions

Recomano i encoratjo a tots els alumnes a participar activament en totes les activitats docents. Els coneixement i competències que s’han d’adquirir per assolir els mínims requerits en aquesta assignatura, són molt més fàcils d’assimilar si es treballa l’assignatura des del primer dia. També recomano utilitzar des del primer dia les hores de tutories amb el professor de teoria i els professors de problemes per resoldre qualsevol dubte o comentari sobre el desenvolupament de l’assignatura, incloent aspectes no acadèmics. També aconsello que els alumnes participin activament a les classes de teoria i problema, tant preguntat sobre qualsevol concepte que no s’hagin explicat de manera prou clara, o be realitzant comentaris per millorar el desenvolupant de l’assignatura. Un punt d’especial importància és el procés d’avaluació continuada. Les dades estadístiques dels anys anteriors mostren que les activitats d’avaluació continuada són una eina clau per obtenir una bona qualificació de l’assignatura.
La major part del contingut de teoria de l’assignatura es pot trobar a web a l’adreça http://iqc.udg.es/~josepm/docencia/cqdm/. Aquest material també estarà penjat en la pàgina de l’assignatura en la ‘Meva UdG’. Es recomana portar a classe impreses les transparències de teoria per poder seguir la classe amb més facilitat, evitant la necessitat de transcriure el material mostrat amb el canó. Altres adreces on hi ha material molt relacionat amb el programa de l’assignatura són:
Dinàmica molecular de les reaccions químiques del professor Miquel Solà (http://iqc.udg.es/~miquel/docent/llico56.html)
i les planes WEB Prof. E. Besalú (http://iqc.udg.es/~emili/docent)

Assignatures recomanades

  • Ampliació de química física
  • Mètodes numèrics i programació
  • Química física
  • Termodinàmica química