Dades generals

Curs acadèmic:
2009
Descripció:
Laboratori de Química Computacional. Mètodes de càlcul d'estructura electronica. Optimització de geometria. Freqüències vibracionals. Termoquímica. Efectes del solvent.
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:
Indistintament (50%)

Grups

Grup A

Durada:
Semestral, 2n semestre
Professorat:
PEDRO SALVADOR SEDANO  / SILVIA SIMON RABASEDA

Altres Competències

  • L'objectiu principal de l'assignatura és introduir a l'estudiant en les tècniques més emprades en el camp de la química computacional i a la seva aplicació a l'estudi de la reactivitat química orgànica i inorgànica. La química computacional abasta camps molt diversos. En aquest curs ens centrarem fonamentalment en l'estudi de les eines de química computacional basades en la mecànica quàntica.

Continguts

1. Nocions bàsiques del sistema operatiu Linux/Unix

          1.1. Software per calculs d'estructura electrònica: Gaussian 03 (Linux/Windows)

          1.2. Software de visualització i altres aplicacions: GaussWiew, Chemsketch (Windows) Molden (Linux/Unix)

2. Aspectes pràctics dels càlculs teòrics d’estructura electrònica

          2.1. Especificació de la molècula: -Sistemes de coordenades, Z-matrix

          2.2. Elecció del model de càlcul

                    2.2.1. Nivell de teoria: Mètode SCF, metodologia post-SCF, Teoria del funcional de la densitat

                    2.2.2. Conjunt de base: STO vs GTO, funcions difuses i de polarització. Extrapolació al limit de base completa.

3. Tipus de càlcul ab initio

          3.1. Càlcul puntual: Restricted vs Unrestricted. Hartree-Fock. Convergència del mètode Hartree-Fock. Contaminació de spin.

          3.2. Optimització de geometria: Localització de mínims, Estats de transició. Cami de reacció (IRC). Exploració de superfícies d'energia potencial

          3.3. Determinació de freqüències vibracionals, Termoquímica

4. Càlcul de Propietats Moleculars

          4.1. Anàlisi orbitalari. Càrregues atòmiques parcials i Ordres d’enllaç

          4.2. Moments dipolar, polarizabilitat, hiperpolaritzabilitat

          4.3. Espectre NMR: Apantallament i constants d’acoblament spin-spin

          4.4. Espectre UV/VIS: Estats excitats. Mètode CIS i CASSCF

          4.5. Espectres IR i Raman

5. Altres aspectes

          5.1. Efecte del solvent: models continus de solvatació.

          5.2. Interaccions moleculars: Error de Superposició de Base (BSSE)

Activitats

Tipus d’activitat Hores amb professor Hores sense professor Total
Anàlisi / estudi de casos 7 48 55
Classes expositives 20 15 35
Classes pràctiques 22 35 57
Total 49 98 147

Bibliografia

  • Szabo, Attila, Ostlund, Neil S. (1982). Modern quantum chemistry : introduction to advanced electronic structure theory (1ª ed., rev.). New York [etc.]: McGraw-Hill. Catàleg
  • Jensen, Frank (cop. 1999). Introduction to computational chemistry. Chichester [etc.]: John Wiley & Sons. Catàleg
  • Cramer, Christopher J. (cop. 2002). Essentials of computational chemistry : theories and models. West Sussex: Wiley. Catàleg
  • Hehre, Warren J., Shusterman, Alan J., Nelson, Janet E. (cop. 1998). The Molecular modeling workbook for organic chemistry. Irvine, CA: Wavefunction. Catàleg
  • Rogers, Donald W. (1994). Computational chemistry using the PC (2nd ed.). New York [etc.]: VCH. Catàleg
  • Grant, Guy H., Richards, W. Graham (1995). Computational chemistry. Oxford [etc.]: Oxford University Press. Catàleg
  • Hinchliffe, Alan (cop. 1989). Computational quantum chemistry. Chichester [etc.]: Wiley. Catàleg
  • Young, David C. (cop. 2001). Computational chemistry : a practical guide for applyingtechniques to Real-World problems. New York [etc.]: Wiley-Interscience. Catàleg

Avaluació i qualificació

Activitats d'avaluació:

Descripció de l'activitat Avaluació de l'activitat %
Elaboració d'un projecte individual basat en l'estudi teoric/computacional d'una reacció química, que inclou la caracterització dels reactius, productes i estats de transició i l'obtenció de paràmetres termodinàmics i cinètics El format del treball haurà de ser tipus article amb els apartats següents:
-Una breu Introducció del sistema que s'estudia. Inclou bàsicament una recerca bibliografica d'antecedents (estudis teòrics o experimentals)

-Una secció de Detalls Computacionals on s'enumeren els mètodes de calcul, bases, programari, etc... utilitzats en l'estudi.

-Una secció de Resultats on es presenten els resultats obtinguts, incloent:
* Caracterització de reactius, productes i estats de transició mitjançant el respectiu calcul de freqüències vibracionales.
* Paràmetres termodinàmics de la reacció (Entalpies, entropies i energies lluire de reacció)
* Paràmetres cinètics de la reacció (energies d'activació, calcul de constants cinètiques)
* Opcionalment es podran realitzar altres càlculs complementaris com determinar l'efecte del dissolvent, caracterització espectroscópica de reactius i productes, etc

Els resultats inclouran Taules i Figures amb els corresponents encapçalaments i peus, intercalades amb el text.

-Una secció breu amb les Conclusions de l'estudi.

-Bibliografia

L'extensió del treball no hauria de superar les 15-20 pag
80
Presentació breu (max 5') i conjunta dels resultats més rellevants derivats del projecte individual Es valorarà la capacitat de sintesi de l'alumne a l'hora de presentar el resultats més rellevants del seu estudi.
Es valorarà el fet que la presentació s'ajusti a la durada prevista.
20

Qualificació

La nota de l'assignatura vindra donada per la nota del projecte individual. Per aquest es valorarà la presentació del treball (format de taules, figures, esquema de continguts) i especialment la discussió dels resultats obtinguts i les conclusions. TAmbé es valorarà la diversitat de càlculs realitzats per a la caracterització de les especies.


Observacions

L'assignatura combina aspectes teòrics i pràctics de la Quimica Computacional. En principi totes les classes tindran lloc a les aules informàtiques (o en tot cas, com a mínim un 50% de les classes, en funció de la disponibilitat de les aules).
Es recomana especialment cursar l'assignatura optiativa Quimica Quàntica al 1er semestre, ja que en aquella assignatura es tracten amb més detall els diferents mètodes de càlcul que es fan servir a la practica.

Assignatures recomanades

  • Ampliació de química física
  • Cinètica química i dinàmica molecular
  • Mètodes matemàtics aplicats a la química
  • Química quàntica