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QUIMICA FISICA I

Cod.01093077
CONTENIDOS

Advertencia: Entre paréntesis se indican los epígrafes de las Unidades Didácticas de Química Física editadas por la UNED que corresponden a cada uno de los apartados del Programa actualizado que se detalla a continuación. También se indican expresamente los Temas que están desarrollados en la Addenda que complementa a las Unidades Didácticas y que también está editada por la UNED.

UNIDAD DIDÁCTICA I

TEMA 1.

Primeras teorías atómicas. Partículas elementales (1.1). Modelo atómico de Rutherford (1.2). Discontinuidad de la energía: Hipótesis de Planck (1.3). Modelo atómico de Bohr (1.4). Perfeccionamientos de Sommerfeld (1.5). Insuficiencia del modelo atómico de Bohr (1.6).

TEMA 2.

Introducción a la Mecánica Cuántica. Antecedentes de la Mecánica Cuántica: Dualismo onda - corpúsculo (2.1). Desarrollo de la Mecánica Cuántica: Mecánica de matrices y Mecánica ondulatoria (2.2). Postulados de la Mecánica Cuántica (2.3). Consecuencias principales de los postulados (2.4).

TEMA 3.

Estudio del átomo de hidrógeno. Ecuación de ondas para el átomo de hidrógeno (4.1). Función de onda radial (4.2). Función de onda espacial completa: Impulso angular orbital (4.3) Espín del electrón: Impulso angular de espín. Impulso angular total (4.4). Energía de los orbitales atómicos hidrogenoides (4.5).

TEMA 4.

Métodos aproximados. Ecuación de ondas y separación de variables (5.1). Método de variaciones (5.3). Método de perturbaciones (5.3). Método del campo autoconsistente: Aproximación de Hartree-Fock (5.3). Orbitales aproximados de Slater (5.3).

TEMA 5.

Átomos dielectrónicos. Ecuación de ondas para el átomo de helio (5.1). Aproximación de orden cero (5.1). Funciones de onda simétricas y antisimétricas (5.1). Principio de exclusión de Pauli (5.2). Funciones de onda orbital y de espín: Términos espectrales singletes y tripletes (5.2).

TEMA 6.

Átomos polielectrónicos. Niveles de energía atómicos y Sistema Periódico (6.1). Términos espectrales: Acoplamientos LS y jj (6.2). Propiedades periódicas: Energía de ionización (6.4). Afinidad electrónica (6.4). Multiplicidad de los términos espectrales y covalencia (6.4).

UNIDAD DIDÁCTICA  II

TEMA 7. (Addenda)

Aproximación de Born-Oppenheimer. El hamiltoniano molecular. Hipótesis sobre el movimiento molecular. Separación de los movimientos electrónico y nuclear. Solución de la ecuación electrónica. Ecuación del movimiento nuclear. Separación del movimiento nuclear: traslación, rotación y vibración. Refinamientos en los cálculos y limitaciones de la aproximación de Born-Oppenheimer.

TEMA 8.

Movimientos moleculares de traslación. Tratamiento mecanocuántico de los niveles de energía moleculares. Partícula libre (3.1). Partícula en una caja de potencial: Energía residual (3.2). Partícula en un pozo o valle rectangular: Efecto túnel (3.2, explic. complement.).

TEMA 9.

Movimientos moleculares de rotación y de vibración. Rotor rígido: Funciones armónicas esféricas (3.3). Impulso angular (3.3). Oscilador lineal armónico: Descripción clásica y tratamiento mecano-cuántico (3.4). Energía residual (3.4).

TEMA 10.

Molécula de hidrógeno (EV). Evolución histórica de los conceptos de valencia y enlace químico (14.1). Características energéticas y estructurales de los enlaces (14.2). Métodos para su determinación (14.2). Teoría de Heitler-London (14.3). Estudio de la molécula de hidrógeno (14.3). Aspecto cuantitativo: Correcciones (14.3).

TEMA 11.

Molécula de hidrógeno (OM). Bases y sistemática del método de orbitales moleculares: Concepto de orbital molecular (OM). Aproximación CLOA (15.1). Estudio de la molécula ión - hidrógeno (14.3). Estudio de la molécula de hidrógeno (15.2). Aspecto cuantitativo: refinamientos (15.2). Comparación de los métodos de EV y de OM (15.2).

TEMA 12.

Moléculas diatómicas. Método de EV: Generalización a moléculas diatómicas (14.4). Formas límites iónicas (14.4). Electronegatividad (14.4). Método de OM: Generalización a moléculas diatómicas (15.3). Orbitales moleculares sigma y pi, enlazantes y antienlazantes (15.3). Diagramas de niveles de energía y diagramas de correlación (15.3). Estudio de algunos ejemplos importantes (15.3).

UNIDAD DIDÁCTICA III

TEMA 13.

Moléculas poliatómicas (I). Estructura electrónica de las moléculas poliatómicas: Planteo del estudio mecanocuántico de las mismas (16.1). Aplicación del método de OM: Aproximación CLOA (16.2). Aplicación del método de EV: Aproximación de máximo emparejamiento y máximo recubrimiento (16.3).

TEMA 14.

Moléculas poliatómicas (II). Orbitales atómicos localizados (16.4). Teoría de hibridación (16.4). Crítica de la teoría de hibridación (16.4). Ideas actuales acerca del estudio mecanocuántico de las moléculas poliatómicas: Métodos semiempíricos y ab initio (16.5). Mapas de densidad de carga electrónica. Análisis conformacional teórico (16.5).

TEMA 15.

Moléculas conjugadas y aromáticas (I). Definiciones: Sistemas de electrones no localizados. Conjugación y resonancia (17.1). Tratamiento mecanocuántico por EV: Método de mesomería (17.2). Tratamiento mecanocuántico por OM: Separación sigma-pi. Aproximación de Hückel (17.3).

TEMA 16.

Moléculas conjugadas y aromáticas (II). Estudio de moléculas heterocíclicas y sustituidas (17.3). Diagramas moleculares (17.3). Reactividad (17.3). Correcciones a la aproximación de Hückel (17.3). Métodos semiempíricos (17.3).

TEMA 17.

Complejos de coordinación. Definiciones: Átomo central, ligandos e índice de coordinación (18.1). Estructura y propiedades (18.1). Enlace coordinado: Teoría de hibridación de Pauling (18.2). Teoría del campo cristalino: Campo electrostático de los ligandos. Energías de escisión (18.3). Teoría del campo de ligandos: Aplicación del método de OM. Serie espectroquímica (18.4).

TEMA 18.

Propiedades eléctricas y magnéticas. Interacción de un campo eléctrico estático con un dieléctrico: Polarización. Campo eléctrico interno (7.1). Determinación experimental de momentos dipolares: Ecuaciones de Clausius-Mossotti y de Debye (7.2). Refracción molar: Polarización electrónica y polarización atómica (7.2). Aplicaciones de la medida de los momentos dipolares (7.3). Métodos magnéticos (7.4). Diamagnetismo y paramagnetismo (7.4).

UNIDAD DIDÁCTICA  IV

TEMA 19. (Addenda).

Métodos espectroscópicos. Espectroscopía: Generalidades. Espectros de emisión y de absorción. Tipos de espectros moleculares. Reglas de selección: Momentos de transición. Aspectos instrumentales.

TEMA 20. (Addenda).

Espectroscopía de microondas. Reglas de selección. Técnicas experimentales. Moléculas diatómicas. Moléculas poliatómicas: Lineales, trompo-simétricas y trompo-asimétricas. Aplicaciones.

TEMA 21.

Espectroscopía infrarroja (Moléculas diatómicas). Espectros de vibración de moléculas diatómicas: Modelo del oscilador armónico (9.1). Frecuencia de la banda fundamental de vibración (9.1). Anarmonicidad de las vibraciones: Constante de anarmonicidad (9.2). Frecuencias de los armónicos o sobretonos (9.2).

TEMA 22.

Espectroscopía infrarroja (Moléculas poliatómicas). Estructura fina de rotación de las bandas de vibración: Ramas de rotación P y R (9.3). Interacción vibración - rotación (9.3). Espectros infrarrojos de moléculas poliatómicas: Vibraciones normales (10.1). Bandas características (10.1).

TEMA 23.

Espectroscopía Raman. Origen de los espectros Raman (10.2). Espectros Raman de rotación (10.2). Espectros Raman de vibración (10.2). Polarización de las líneas Raman (10.2). Aplicaciones de la espectroscopía infrarroja y Raman (10.3).

TEMA 24.

Espectroscopía de átomos libres. Origen de los espectros atómicos (1.3). Espectro del hidrógeno (4.5). Metales alcalinos (6.3). Espectros de átomos complejos (6.3). Efecto Zeeman (6.3).

UNIDAD DIDÁCTICA V

TEMA 25.

Espectroscopía visible-ultravioleta (Moléculas diatómicas). Espectros electrónicos de moléculas diatómicas: Curvas de energía potencial (11.1). Estructura de vibración de las bandas electrónicas (11.1). Principio de Franck - Condon (11.1). Determinación de la energía de disociación de moléculas diatómicas (11.2).

TEMA 26.

Espectroscopía visible-ultravioleta (Moléculas poliatómicas). Espectros electrónicos de moléculas poliatómicas: Tipos principales de transiciones electrónicas (11.3). Grupos cromóforos y auxocromos (11.3) Fluorescencia (11.4). Fosforescencia (11.4).

TEMA 27.

Espectroscopía de resonancia magnética nuclear. Fundamentos de la espectroscopía de resonancia magnética: Momento magnético (12.1). Resonancia magnética nuclear (RMN) (12.2). Desplazamiento químico (12.2). Estructura hiperfina del espectro: Acoplamiento espín-espín (12.2).

TEMA 28.

Espectroscopía de resonancia de espín electrónico. Origen del espectro de resonancia de espín electrónico (RSE) (12.3). El factor g (12.3). Estructura fina del espectro (12.3). Estructura hiperfina (12.3).

TEMA 29. (Addenda).

Teoría cinética de los gases. Introducción. Repaso de algunos conceptos de Estadística: distribuciones y valores medios. Aspecto estadístico de la Teoría Cinética. Colisiones de las moléculas de un gas con una superficie. Presión de un gas. Expresión explícita de la función de distribución. Deducción de la ley de distribución de Maxwell a partir del formalismo general de la Termodinámica Estadística.

TEMA 30. (Addenda). 

Fenómenos de transporte. Viscosidad. Difusión. Frecuencia y número de choques. Recorridos libres medios. Viscosidad de los gases. Viscosidad de los líquidos. Difusión: Leyes de Fick.

UNIDAD DIDÁCTICA VI

TEMA 31. (Addenda).

Fuerzas intermoleculares. Introducción. Fuerzas y potenciales intermoleculares. Modelos para la interacción intermolecular.

TEMA 32.

Difracción. Fenómenos de interferencia y difracción (13.1). Difracción de electrones: Ecuación de Wierl (13.2). Difracción de rayos X: Redes cristalinas y simetría. Ley de Bragg (13.3). Técnicas experimentales (13.3). Difracción de neutrones (13.4).

TEMA 33. (Addenda).

Estructura y modelos de sólidos. Sólidos covalentes. Sólidos iónicos. Sólidos moleculares no polares. Sólidos moleculares polares. Sólidos metálicos.

TEMA 34. (Addenda).

Metales. Teoría de bandas. Enlace metálico: Propiedades características. Teoría del electrón libre: Aplicación de la estadística de Fermi-Dirac. Conductividad eléctrica y calorífica. Teoría de bandas: Potencial de Krönig-Penney. Conductores, semiconductores y aisladores.

TEMA 35. (Addenda).

Adsorción. Definiciones. Tipos de adsorción: Fisisorción y quimisorción. Isotermas de adsorción. Mecanismos de la quimisorción.

TEMA 36. (Addenda).

Macromoléculas en disolución. Distribución de masas moleculares. Técnicas de caracterización de macromoléculas. Osmometría, dispersión de luz, viscosimetría, difusión y ultracentrifugación