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.