Universitat de Girona

Programa de l'assignatura

Curs 2003-04

3103100075 QUÍMICA FÍSICA


Objectius  

Introduir l'estudiant en els conceptes de la química quàntica que impulsen el progrés científic i tecnològic de la química moderna. Aprendre a utilitzar els fonaments teòrics de la química per explicar i predir els fenòmens químics que es troben en el laboratori.
 
Prerrequisits  

 
Contingut (Programa)  

1 - Orígens de la mecànica quàntica.
Mecànica clàssica del moviment. Moviment ondulatori: ones estacionàries. Teorema d’equipartició de l’energia. El cos negre. Calor específica de sòlids. Espectres atòmics. Efecte fotoelèctric. Hipòtesi de de Broglie. Principi d’incertesa de Heisenberg.

2 - Mecànica quàntica. Postulats i exemples senzills.
Postulats de la mecànica quàntica: funció d'onda, construcció d'operadors, funcions i valors propis, valor mitjà (expectació), equació d'Schrödinger. Exemples senzills: moviment de translació lliure i sota un potencial, moviments de rotació i de vibració.

3 - Estructura electrònica atòmica I: Àtom d'hidrogen i ions hidrogenoides.
Equació d'Schrödinger de l'àtom d'hidrogen. Solució de l'equació d'Schrödinger. Funcions pròpies i valors propis. Moment angular atòmic i d'espín. Transicions electròniques i regles de selecció.

4 - Estructura electrònica atòmica II: Àtoms polielectrònics.
Atom d'heli. Equació d'Schrödinger de l'àtom d'heli. Mètodes aproximats de resolució de l'equació d'Schrödinger: variacional i pertorbacional. Acoblament Russell-Saunders. Termes espectrals atòmics.

5 - Estructura electrònica molecular I: Molècules diatòmiques.
Hamiltonià molecular. Aproximació Born-Oppenheimer. Molècula d’hidrogen ionitzada. Mètode dels orbitals moleculars. Aproximació CLOA. Molècula d’hidrogen. Molècules diatòmiques homo i heteronuclears. Moment dipolar.

6 - Introducció a la simetria molecular.
Elements i operacions de simetria. Classificació de les molècules: grups puntuals. Transformacions de simetria. Moment dipolar i quiralitat. Caràcters de les transformacions de simetria. Representacions irreduïbles. Taules de caràcters. Aplicacions de les taules de caràcters: Càlcul d’integrals, combinacions lineals adaptades a la simetria.

7 - Estructura electrònica molecular II: Molècules poliatòmiques.
Equació d’Schrödinger electrònica per a molècules poliatòmiques. Solució variacional. Aproximació del camp autoconsistent. Exemples senzills: H2O, CH4, CH2=CH2. Orbitals interns, capa de valència i orbitals frontera. Aproximació de Hückel. Combinacions lineals adaptades a la simetria en el mètode de Hückel.

8 - Espectroscòpia I: Espectres de rotació i vibració.
Equació d’Schrödinger nuclear. Espectre de rotació pur. Espectre de vibració de molècules diatòmiques. Espectre de vibració de molècules poliatòmiques. Coordenades i modes normals de vibració. Regles de selecció.

9 - Espectroscòpia II: Espectres electrònics.
Llei de Beer-Lambert. Intensitat total de les bandes. Principi de Frank-Condon. Regles de selecció. Transicions dipolars. Tipus de transicions.

10 - Introducció a la termodinàmica clàssica.
Conceptes generals. Primer principi. Segon principi. Tercer principi i zero absolut. Energia i entalpia lliures. Gasos reals. Sistemes oberts. Equilibri químic.

11 - Electroquímica I. Equilibri electroquímic.
Propietats termodinàmiques dels ions en dissolució. Cel·les electroquímiques. Aplicació dels potencials de reducció. Teoria de Debye-Hückel.

12- Electroquímica II. Electroquímica dinàmica.
Processos en els elèctrodes. Doble capa. Diferència de potencial. Potencial electroquímic. Processos electroquímics. Transferència de càrrega. Corrosió. Velocitat de corrosió.

 
Bibliografia  


A.W. ADAMSON, "A Textbook of Physical Chemistry" (2ª ed.) Academic Press, New York, 1979

R.A. ALBERTY, "Physical Chemistry" (7th ed.), Wiley, New York, 1987

R.A. ALBERTY, R.J. SILBEY, Physical Chemistry, 2 ed., J. Wiley & Sons, New York, 1997.

P.W. ATKINS, "Physical Chemistry" (4ª ed.), Oxford University Press, 1990; 3ª ed. en castellà 1991, Addison Wesley, Iberoamericana.

G.M. BARROW, "Physical Chemistry" (3rd ed.), W.H. Freeman, New York, 1986

R.S. BERRY, S.A. RICE i J. ROSS, "Physical Chemistry", Wiley, New York, 1980

G.W. CASTELLAN, "Physical Chemistry" (3ª ed.) Adisson Wesley, New York, 1983. Versión en castellà d’Addison Wesley, Iberoamericana, 1987

B.A.W. COLLER, I.R. McKINNON i I.R. WILSON, "Principles of Physical Chemistry", E. Arnold, London, 1978

F. DANIELS i R.A. ALBERTY, "Physical Chemistry" (8th ed.), Wiley, New York, 1992. Traducció castellana: CECSA, México, 1977 (4a ed.)

M. DIAZ PEÑA i A. ROIG MUNTANER, "Química Física" (2 vols.), 2a ed., Alhambra, Madrid, 1988

S. GLASSTONE, "Tratado de Química Física" (7ª ed.) Aguilar, Madrid, 1976

YA. GUERASIMOV, V. DREVING, E. ERIOMIN, A. KISELIOV, V. LEBEDEV, G. PANCHEMKOV i K.J. LAIDLER, J.H. MEISER, "Physical Chemistry", 2a ed., Houghton Mifflin, Boston, 1995

K.J. LAIDLER, J.H. MEISER, Physical Chemistry, (2ª Ed.), Houghton Mifflin Co., Boston, 1995.

I.N. LEVINE, "Fisicoquímica", McGraw Hill, México, 1988. Nova edició en anglès, 1991.

S.H. MARON, J.B. LANDO, "Físicoquímica Fundamental", Limusa, México, 1978

W.J. MOORE, "Química Física" (5a ed.) Urmo, Bilbao, 1978

R.G. MORTIMER, Physical Chemistry, Benjamin/Cummings, Redwood, 1993.

J.H. NOGGLE, "Physical Chemistry", Little, Brown, and Co., Boston, 1985

SHLIGUIN, "Curso de Química Física", Editorial Mir, Moscú, 1977

 
Mètodes docents  

 
Tipus d'exàmens i avaluacions  

L'avaluació es realitza mitjançant una prova escrita que consta principalment de qüestions aplicades. L'objectiu principal és poder comparar la consecució dels objectius planificats en la programació de l'assignatura amb els coneixements assimilats per l'estudiant. Es valora especialment el coneixement de la base teòrica moderna de la química segons la química quàntica i la capacitat de l’alumne per aplicar-la a problemes reals. L’estudiant necessita assumir el raonament de la química moderna que li permet predir el resultat final dels exercicis pràctics proposats.
 
Informació addicional  

Velocitat ona i velocitat partícula: farao.udg.edu/ciencies/material/wona.html

Quimica Física: stark.udg.edu/~emili/docent

Apunts de Simetria molecular

 
Llengua de les classes  

Català