Profesorado

Ginesa Blanco Montilla

Objetivos

• Presentar a los alumnos un conjunto de principios teóricos y hechos
experimentales que les permitan adquirir una visión global de los aspectos
fundamentales de la asignatura.
• Dar a conocer los fundamentos básicos de la termodinámica y estructura de
las superficies sólidas. Familiarizar al alumno con la descripción y manejo
de las estructuras superficiales.
• Dar a conocer los fundamentos teóricos y las técnicas experimentales
utilizadas en los estudios de adsorción. Capacitar a los alumnos para obtener
información química y textural de las superficies sólidas a  partir de los
experimentos de adsorción.
• Introducir los conceptos fundamentales que permitan al alumno conocer y
comprender la naturaleza de los fenómenos de catálisis heterogénea, los
parámetros utilizados en su medida, las distintas etapas físico-químicas
implicadas, y los modelos teóricos aplicados en su descripción.
• Justificar la relevancia económica y tecnológica de los fenómenos
catalíticos heterogéneos. Ilustrar mediante una diversidad de ejemplos, su
aplicación en procesos de alto interés industrial.
• Dar a conocer los componentes fundamentales de los catalizadores, la función
de cada uno de ellos, y los métodos utilizadas en su preparación
• Ilustrar mediante la discusión de ejemplos concretos la utilidad y
limitaciones de la amplia diversidad de técnicas empleadas actualmente en la
caracterización de materiales catalíticos
• Promover en el alumno sus capacidades analíticas y de síntesis. Fomentar su
participación en discusiones sobre diversos temas que se susciten en el
desarrollo de la asignatura. Además de su interés científico intrínseco, estas
discusiones tienen como objetivo mejorar la expresión oral de los alumnos.
• Estimular el uso por los alumnos, de forma individual o en grupo, de
programas informáticos y técnicas audiovisuales, que son habitualmente
utilizados en la presentación y discusión de trabajos científicos, bien sea de
forma oral o escrita.

Programa

1.- Introducción al estudio de la superficies sólidas. Principales tipos de
estructuras sólidas.  Estructura superficial de los Metales. Termodinámica de
las superficies: efectos de relajación y reconstrucción. Partículas metálicas.
Superficies de alto índice de Miller. Superficies de cristales simples de
compuestos inorgánicos.

2.- Adsorción: Conceptos de fisisorción y quimisorción. Aspectos cinéticos de
la adsorción. Aspectos termodinámicos de la adsorción: curvas de Lenard-Jones.
Procesos de desorción.

3.- Modelos teóricos de uso frecuente en la interpretación de los fenómenos de
adsorción: aplicabilidad y limitaciones. Adsorción en monocapa: Modelos de
Langmuir, Henry, Freundlich y Temkin. Adsorción en multicapa: Modelo de
Brunauer, Emmet y Teller.

4.- Técnicas experimentales en el estudio de los procesos de  adsorción.
Técnicas que estudian especies adsorbidas: técnicas de difracción,
espectroscópicas, isotermas de adsorción, técnicas calorimétricas. Técnicas
que estudian la desorción de especies:  Desorción térmica programada (DTP).

5.- Aplicación de las técnicas de fisisorción al estudio textural de sólidos.
Determinación de la superficie específica de sólidos porosos. Clasificación
BDDT de las isotermas de adsorción. Tipos de porosidad. Método t de “de Boer”.
Distribución de tamaño de poros: Método de Pierce. Otras técnicas para el
estudio textural de sólidos.

6.- Introducción a la catálisis heterogénea. Ventajas de la utilización de
catalizadores.  Tipos de procesos catalíticos. Conceptos de interés en
catálisis heterogénea.

7.- Cinética de los procesos catalíticos heterogéneos. Etapas fundamentales de
un proceso catalítico heterogéneo. Desarrollo e expresiones cinéticas: control
por difusión, control por adsorción, control por reacción en superficie.
Mecanismos de Langmuir-Hinshelwood y Eley-Rideal.

8.- Constitución de los catalizadores heterogéneos. Conceptos de fase activa,
soporte y promotor. Clasificación y formas de presentación de los
catalizadores heterogéneos.

9.- Métodos de preparación de catalizadores heterogéneos. Preparación de
catalizadores masivos o soportes: precipitación, métodos hidrotermales,
operaciones de conformado. Preparación de catalizadores soportados:
impregnación, adsorción/intercambio iónico, precipitación.

10.- Caracterización de catalizadores. Concepto de dispersión metálica:
determinación experimental de la dispersión. Desactivación de catalizadores.

11.- Aplicaciones industriales de la catálisis heterogénea. Procesos
catalíticos en la fabricación de combustibles y sustancias orgánicas.
Fabricación de productos inorgánicos: NH3, HNO3, H2SO4. Procesos catalíticos
destinados al control de problemas medioambientales.

Actividades

• Realización por los alumnos de experimentos simulados de adsorción
volumétrica, mediante el empleo del programa UCADSOR, desarrollado en nuestro
Departamento. Esta actividad se llevará a cabo en las aulas de informática de
la Facultad, en sesiones tutorizadas.

Metodología

• Clases expositivas. En ellas, el profesor presentará de forma ordenada los
conceptos teóricos y hechos experimentales que permitan al alumno obtener una
visión global y comprensiva de la asignatura. Como apoyo, se proporcionará a
los alumnos copia del material docente utilizado por el profesor,
fundamentalmente transparencias. Este material estará disponible en la
plataforma Moodle de la asignatura.
• Seminarios dedicados a la resolución por los alumnos de ejercicios numéricos
y cuestiones que el profesor habrá anunciado con suficiente antelación. Los
ejercicios elegidos formarán parte de la colección a la que tendrán acceso los
alumnos, a través de internet.
• Seminarios dedicados a la presentación por los alumnos, y posterior
discusión, de artículos científicos, escritos en inglés o español. Estos
artículos, seleccionados por el profesor, estarán disponibles en la página web
de la asignatura.
• Elaboración por los alumnos de informes científicos escritos en los que
resuman actividades desarrolladas a lo largo del curso. Entre ellas cabría
citar: a) Asistencia a conferencias impartidas en la Facultad sobre temas
directamente relacionados con la asignatura. b) Los experimentos simulados de
fisisorción y quimisorción, mencionados en el punto anterior.
• Ejercicios de auto-evaluación a través de internet, mediante el empleo de la
plataforma Moodle

Criterios y Sistemas de Evaluación

La evaluación atenderá a los siguientes criterios:
1) Examen Final de la Asignatura: Consistirá en un único examen escrito que
constará de dos partes, una relativa a Química de Superficies, y la otra a
Catálisis Heterogénea. El examen podrá incluir: a) Cuestiones cortas
consistentes en la formulación de definiciones breves y precisas de conceptos
que se juzguen relevantes. b) Resolución de un cuestionario (10 cuestiones),
similar a los que se generan en los ejercicios de auto-evaluación
que los alumnos tendrán a su disposición a través de internet. c) Resolución
de un ejercicio de características similares a los que se discutirán en las
clases prácticas. d) Desarrollo de un tema, en cuya exposición, además de los
contenidos concretos, se valorará la capacidad para integrar bajo una
perspectiva común distintos aspectos del temario.
Este examen será obligatorio para todos los alumnos matriculados. Sobre un
máximo de 10 puntos, se considerarán aprobados aquellos exámenes que alcancen
un mínimo de 5,0. La nota final se obtendrá promediando con igual peso las
calificaciones correspondientes a las dos partes de la asignatura (Química de
Superficies y Catálisis Heterogénea). Si en alguna de ellas no se alcanzaran
los 5,0 puntos, solo se considerarán aprobados aquellos exámenes en los que la
puntuación mínima de cualesquiera de las dos partes sea de 3,5, y la nota
final promedio resulte igual o superior a 5,0.
2) Al concluir cada una de las dos partes en las que se divide la asignatura,
los alumnos que lo deseen podrán realizar un ejercicio de auto-evaluación,
consistente en 10 cuestiones con 4 opciones de respuesta, de las
que solo una es correcta. La calificación máxima que podrá obtenerse en cada
uno de los dos ejercicios será de 0,75 puntos (0,15 puntos por cada respuesta
correcta que exceda de 5). La puntuación obtenida en los ejercicios de auto-
evaluación (2x0,75=1,5, como máximo), podrá sumarse a la calificación del
examen final, si ésta última es mayor o igual a 3,5. Si cumplidos los
requisitos citados, la suma de las calificaciones correspondientes al examen
final y a los dos ejercicios de auto-evaluación fuera igual o superior a 5,0,
el alumno resultará aprobado.
3) La participación activa del alumno en la presentación y discusión de
artículos, ejercicios, o cualquier otra actividad programada durante el curso,
también será tenida en cuenta, corrigiendo eventualmente al alza la nota a la
que se hace referencia en el apartado 2. Si la participación regular del
alumno en las actividades llevadas a cabo durante el curso, y la evaluación de
las mismas, así lo aconsejan, alumnos calificados con más de 4,0 puntos en el
apartado 2, es decir, que además del examen final hubieran realizado los dos
ejercicios de auto-evaluación, podrían resultar aprobados.
Igualmente podría elevarse la calificación de aprobado a notable, o de notable
a sobresaliente, atendiendo al número y calidad de las actividades,
contempladas en este apartado 3, en las que un determinado alumno pudiera
haber participado.

Recursos Bibliográficos

BIBLIOGRAFÍA FUNDAMENTAL
• SURFACES. G. Attard, C. Barnes. Oxford University Press (1998)
• INTRODUCTION TO SURFACE CHEMISTRY AND CATALYSIS. G.A. Somorjai. John Wiley &
Sons (1994)
• ADSORPTION BY POWDERS AND POROUS SOLIDS. J. Rouquerol, F. Rouquerol, K.
Sing. Academic Press. (1999)
• FUNDAMENTALS OF INDUSTRIAL CATALYTIC PROCESSES. R.J. Farrauto, C.H.
Bartholomew. Chapman & May (1997)
• HETEROGENEOUS CATALYSIS. Principles and Applications. G.C. Bond. Oxford
University Press (1987)
• HETEROGENOUS CATALYSIS IN INDUSTRIAL PRACTICE. C.N. Satterfield. McGraw-Hill
(1991)
• CATALYSIS. An Integrated Approach to Homogeneous, Heterogeneous and
Industrial Catalysis. Editores: J.A. Moulijn, P.W.N.M. van Leuwen, R.A. van
Santen. Elsevier (1993)
• CATALYTIC AIR POLLUTION CONTROL: Commercial Technology (2ª ed). R.M. Heck,
R.J. Farrauto. Wiley (2002)
• CONCEPTS OF MODERN CATALYSIS AND KINETICS. I. Chorkendorff, J.W.
Niemantsverdriet, Wiley-VCH (2003)


BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA
• THE BASIS AND APPLICATIONS OF HETEROGENEOUS CATALYSIS. M. Bowker. Oxford
University Press (1998)
• PRINCIPLES OF CATALYSIS. G.C. Bond. The Chemical Society (1972)
• HETEROGENEOUS CATALYSIS FOR THE SYNTHETIC CHEMIST. R.L. Augustine. Marcel
Dekker, Inc. (1996)
• MATERIAL CONCEPTS IN SURFACE REACTIVITY AND CATALYSIS. H. Wise, J. Oudar.
Academic Press Inc. (1990)
• GREEN CHEMISTRY: DESIGNING CHEMISTRY FOR THE ENVIRONMENT. Editors: Paul T.
Anastas, Tracy C. Williamson. American Chemical Society, Washington (1996).
(ACS symposium series / American Chemical Society ; 626) ISBN: 0841233993
• AUTOMOBILES AND POLLUTION. P. Degobert. Society of Automotive Engineers,
Inc. (1995)
• HANDBOOK OF CHEMICAL TECHNOLOGY AND POLLUTION CONTROL. M.B. Hocking.
Academic Press Inc. (1998)
• LES TECHNIQUES PHYSIQUES D’ÉTUDE DES CATALYSEURS. B. Imelik, J.C. Védrine.
Editions Technip (1988)
• http://www.aue.auc.dk/~stoltze/catal/book/
• AN INTRODUCTION TO SURFACE ANALYSIS BY XPS AND AES. J.F. Watts, J.
Wolstenholme. John Wiley & Sons (2003)
• SURFACE ANALYSIS. The Principal Techniques. Editor: J.C. Vickerman. John
Wiley & Sons (1997)
• SURFACE ANALYSIS BY AUGER AND X-RAY PHOTOELECTRON SPECTROSCOPY. Editores:
David Briggs y John T. Grant. IM Publications (2003)

Nota: Además de las obras mencionadas, durante el desarrollo del curso podrá
hacerse referencia a otros textos, monografías, artículos, o páginas web, cuya
lectura/visita se considere recomendable.