Estudia

Horaris:

• 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

• 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 més avançats que s'utilitzen per estudiar les interaccions existents entre les molècules reaccionants.

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. Reaccions complexes

                    1.4.1. Reaccions reversibles

                    1.4.2. Reaccions paral•leles

                    1.4.3. Reaccions consecutives

                    1.4.4. Aproximació del estat estacionari

                    1.4.5. Aproximació de l’etapa limitant

                    1.4.6. Mètode de les velocitats inicials

                    1.4.7. Reaccions en cadena

                    1.4.8. Explosions

                    1.4.9. Polimerització

2. Reacciones complexes II

          2.1. Solucions analítiques exactes de reaccions complexes

                    2.1.1. Mètode de les transformades de Laplace

                    2.1.2. Mètode dels determinants o mètode matricial

          2.2. Mètodes numèrics

                    2.2.1. Mètodes d’un pas

                    2.2.2. Mètode de predictor-corrector

          2.3. Mètodes estocàstics

                    2.3.1. Simulació numèrica estocàstica de reaccions químiques

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

                    5.6.1. Efecte isòtopic primari

                    5.6.2. Efecte isotòpic secundari

          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. Càlcul de la constant de velocitat a partir de les funcions opacitat

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

• Steinfeld, Jeffrey I, Francisco, Joseph S, Hase, William L (cop. 1999). Chemical kinetics and dynamics (2nd ed). Upper Saddle River: Prentice Hall.
• Levine, Raphael D, Bernstein, Richard Barry (1987). Molecular reaction dynamics and chemical reactivity. New York [etc.]: Oxford University Press.
• Laidler, Keith James (1987). Chemical kinetics (3rd ed). New York: Harper Collins Publishers.
• González Trevijano, Pedro José (1991). Cinética y dinámica molecular química. Madrid: EUDEMA.
• González Trevijano, Pedro José (1985). Cinética y dinámica molecular de las reacciones químicas elementales. Barcelona: Alhambra.
• Aguilar, Antonio, Lucas, Josep Maria, Gómez Valentín, Elvira (1997). Cinètica química. Barcelona: Llibres de l'Índex Universitat de Barcelona.
• Logan, S. R (cop. 2000). Fundamentos de cinética química. Madrid: Addison Wesley Iberoamericana.
• Avery, H.E. (DL 1982). Cinética química básica y mecanismos de reacción. Barcelona, [etc]: Reverté.
• Espinosa García, Joaquín (cop. 2000). Superficies de Energía Potencial y Reactividad Química. Oviedo: Septem.
• Levine, Raphael D (1999). Quantum mechanics of molecular rate processes. Mineola, NY: Dover.
• Billing, Gert D, Mikkelsen, Kurt V (cop. 1996). Introduction to molecular dynamics and chemical kinetics. New York [etc.]: Wiley.
• Billing, Gert D, Mikkelsen, Kurt V (cop. 1997). Advanced molecular dynamics and chemical kinetics. New York [etc.]: Wiley.
• Weston, Ralph E. (1976). Cinética química. Madrid: Alhambra.
• BERRY, R. S., RICE, S. A., ROSS, J. (2002). Physical and Chemical Kinetics. New York: Oxford University Press.

Activitats d'avaluació:

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 %
Un 10% de 'avaluació de la primera convocatòria consistirà en un treball en equip de 2/3 persones que es farà durant el curs basat en els programes KINTECUS. El KINTECUS permet simular la cinètica de qualsevol reacció química o procés d’equilibri.

Per seguir bé l'assignatura calen coneixements de termodinàmica clàssica (assignatura "Termodinàmica" de primer), de química quàntica (assignatura "Química Física" de segon i "Ampliació de Química Física" de tercer) i termodinàmica estadística (assignatura "Ampliació de Química Física" de tercer).
Es recomana portar a classe impreses les transparències de teoria per poder seguir la classe amb més facilitat. Aquest material estarà penjat en la pàgina de l’assignatura en la ‘Meva UdG’.

La major part del contingut de teoria de l’assignatura es pot trobar a web del Prof. Josep M. Luis a l’adreça http://iqc.udg.edu/~josepm/docencia/cqdm/ i les planes WEB Prof. E. Besalú (http://iqc.udg.edu/~emili/docent). Per la part de dinàmica molecular també es pot consultar Dinàmica molecular de les reaccions químiques a l'adreça http://iqc.udg.edu/~miquel/docent/llico56.html

• Ampliació de química física
• Química física
• Termodinàmica química