Profesorado

Cat. Dr. D. MANUEL FERNANDEZ NUÑEZ

Situación

Prerrequisitos

Los exigidos por la Facultad de Ciencias para matricularse de una asignatura
optativa de segundo ciclo

Contexto dentro de la titulación

En esta asignatura está enfocada a desarrollan aspectos de la determinación
teórica de la estructura molecular y de algunas propiedades moleculares, con una
orientación práctica.  Se tratará de complementar y ampliar temas del
campo de la Química Física no tratados en otras asignaturas.

Recomendaciones

Es conveniente tener aprobadas las asignaturas: Química Física y Termodinámica
Química, y, también,  haber superado las otras troncales de primero y segundo
curso.

Competencias

Competencias transversales/genéricas

Instrumentales (Saber hacer)
Capacidad de análisis y síntesis
Capacidad de organización y planificación
Comunicación oral y escrita
Conocimientos de informática relativos al ámbito de estudio
Resolución de problemas
Toma de decisiones Personales
Razonamiento crítico
Sistémicas
Aprendizaje autónomo
Creatividad
Motivación por la calidad

Competencias específicas

• Cognitivas(Saber):

  - Capacidad para demostrar comprensión y conocimientos de los hechos,
  conceptos, principios y teorías esenciales relacionadas con los
  contenidos de la asignatura.

• Procedimentales/Instrumentales(Saber hacer):

  - Habilidades en el seguimiento, mediante el cálculo de propiedades
  químicas, modificaciones  o cambios,  obtención de datos y
  observaciones de forma sistemática y fiable y archivo
  adecuado de los documentos generados.

• Actitudinales:

  - Habilidades de estudio, necesarias para la formación continua y el
  desarrollo profesional.

Objetivos

El objetivo que debería alcanzarse es: La utilización de los métodos actuales
de
Modelización Molecular, tanto los de raíz mecanocuántica como los clásicos
(mecánica molecular).

Para ello se desarrollarán diversas aplicaciones prácticas orientadas a:

* Obtención de datos moleculares: estructurales, termodinámicos, cinéticos, ...
Y algunos  métodos de cálculo cuando estos datos no estén disponibles en la
bibliografía o en Internet.

* La utilización de programas de Modelización Molecular. Obtención de valores, su
análisis e interpretación.

*  Diseño de moléculas inorgánicas y orgánicas, tanto sencillas como
macromoléculas. Aplicación a la determinación de datos  moleculares:
estructurales, conformacionales, energéticos, de enlace (orbitales moleculares) y
de reactividad.

* Aplicación de las propiedades moleculares en razonamientos de reactividad
química. Empleo de ejemplos concretos.

Sin embargo, debido a que, a veces, algunas otras asignaturas han
desarrollados contenidos que solapan con los anteriores objetivos y, para no
perjudicar a algunos alumnos, podrían modificarse algunos aspectos y contenidos
anteriores, que en cualquier caso quedarán dentro del ámbito de la Química
Física.

Programa

De acuerdo con los objetivos, si no se cumple la indicación final, el programa
sería:

I.- FUNDAMENTOS:

0.- Introducción a la asignatura: sus características propias y diferentes de
otras. Metodología. Programa.

A) PROPIEDADES MOLECULARES

1.- Constantes químicofisicas. Bases de datos. Valores usuales y relaciones
entre ellas: Distancias y ángulos de enlace. Momentos de inercia. Constantes de
fuerza. Energía de enlace. Momentos dipolares. Constante dieléctrica. Otras.

2.- Obtención de parámetros moleculares: Distancias y ángulos de enlace,
constantes de fuerza, Energías de disociación, potenciales de ionización y
electronegatividades, momentos dipolares y multipolares, polarizabilidades.

3.- Conformación. Barreras de rotación. Relación de Maxwell-Boltzmann.
Abundancia relativa.

4.- Fundamento y clasificación de los métodos ab-initio

5.- Fundamento y clasificación de los métodos semiempíricos y de Mecánica
Molecular.

B) MODELIZACIÓN MOLECULAR APLICADA

6.- Información que proporcionan los Orbitales Moleculares: Aplicación de
conceptos. De Orbitales Atómicos a Orbitales Moleculares. Orbitales de simetria
adaptada.

7.- Correlación electrónica. Métodos CI, MP y DFT. Limitaciones.

8.- Parámetros moleculares que proporcionan los métodos semiempíricos de
Orbitales Moleculares. Orden de enlace, densidad de carga. Obtención de datos de
un programa de cálculo. Limitaciones.

9.- Hasta que punto son satisfactorios los resultados de los métodos ab-initio y
semiempíricos. Comparación de resultados entre distintos
métodos. Información obtenible de estos resultados. Representaciones gráficas de
datos moleculares.

10.- Calculos para moléculas en disolución. Modelos supermoleculares y modelos de
disolvente contínuo polarizable.


* * * * * * * * * * *  *

II.- DESARROLLO PRÁCTICO:

Se realizarán varias prácticas de los tipos:

0) Búsqueda de datos.
I) Construcción y diseño de estructuras moleculares. Moléculas sencillas y
macromoléculas.
II) Manejo de diferentes métodos de Modelización Molecular. Elección del
método mas adecuado.
III) Obtención de propiedades:
A) Energía total y de ionización.
B) Distancias y ángulos de enlace.
C) Energía conformacional.
D) Niveles de energía.
E) Orbitales Moleculares.
F) Espectros de Vibración
G) Espectros electrónicos.
IV) Simulación de utilización de un disolvente y comparación con resultados en
fase gaseosa. Presencia de enlace de hidrógeno.

Actividades

* Desarrollo de ejemplos de aplicación práctica y revisión o explicación de
conceptos previos poco claros.
* Discusión de puntos dudosos y resolución de ejercicios numéricos.
* Empleo de ordenadores con programas apropiados: medios de cálculo y
utilización de recursos de la WWW.
* Realización del programa de prácticas complementado por las sugerencias y
orientaciones de los alumnos o incluso reorientado por su interés en algún tema
concreto que le ayude en su formación.
* Evaluación de los conocimientos adquiridos por los alumnos.

Metodología

Dada la la carencia casi total de obras publicadas en español sobre
Modelización
Molecular, se seguirá una metodología que facilite al alumno la adquisición de
conocimientos, fuertemente apoyada en ejemplos prácticos. Por ello:

* Se hará una exposición y desarrollo de diversos temas del programa. Se harán
cuantas aclaraciones sean necesarias tanto en el momento de la explicación como
en las horas de tutoría, cuyo horario es flexible. En algunas sesiones se
plantearán preguntas y cuestiones, tanto para profundizar en el conocimiento del
temario como para evaluar el nivel de estudio y comprensión del mismo.

* Se propondrán ejercicios numéricos de todos los puntos del programa que
presentan usualmente mayor dificultad. Discutiéndose y resolviéndose todos los
ejercicios.

* Una parte importante del tiempo lectivo de la asignatura se
desarrollará en forma práctica en los ordenadores del laboratorio de Química
Cuántica del Departamento de Química Física. Se realizará un
entrenamiento previo sobre búsqueda de datos y manejo de programas típicos de
Modelización Molecular. Posteriormente se desarrollarán diferentes ejemplos y
aplicaciones que complementarán la exposición teórica.

* Se seguirá de cerca la participación e implicación en la
asignatura y se tendrán en cuenta propuestas de variación en el contenido y
extensión de alguno de los temas del programa según la orientación de los
alumnos. Así mismo, se considerará la posibilidad de tocar algún tema que no
figurando en el programa, esté relacionados con la asignatura e interese
especialmente a los alumnos.

Distribución de horas de trabajo del alumno/a

Nº de Horas (indicar total): 148,3

• Clases Teóricas: 24  
• Clases Prácticas: 22  
• Exposiciones y Seminarios: 2  
• Tutorías Especializadas (presenciales o virtuales):
  • Colectivas:  
  • Individules:  
• Realización de Actividades Académicas Dirigidas:
  • Con presencia del profesorado: 12  
  • Sin presencia del profesorado:  
• Otro Trabajo Personal Autónomo:
  • Horas de estudio: 61,5  
  • Preparación de Trabajo Personal: 22,9  
  • ...
     
• Realización de Exámenes:
  • Examen escrito: 4  
  • Exámenes orales (control del Trabajo Personal):  

Técnicas Docentes

Criterios y Sistemas de Evaluación

Todos los alumnos matriculados en la asignatura tendrán la posibilidad de
presentarse a la convocatoria que les corresponda. La evaluación en la
convocatoria Ordinaria y en las Extraordinarias se basará en una prueba escrita
que constará de un tama de teoría (a elegir entre dos), de un cuestionario y de
dos problemas (a elegir entre tres). El tiempo previsto para la realización no
superará las 3 horas. En caso de fuerza mayor o si alguien así lo solicita,
cualquiera de las pruebas anteriores será oral y su duración se adaptará al tipo
de evaluación. Se podrá emplear un formulario con constantes y fórmulas
fundamentales (todos los alumnos el mismo modelo preparado de antemano).
Los alumnos podrán completar su calificación mediante el desarrollo de un
trabajo relacionado con la asignatura, que se calificarán según su originalidad,
ingenio y tiempo que se estime (o demuestre) que se le ha dedicado.
En la calificación final, además del resultado del examen se tendrá en cuenta
la labor realizada por el alumno a lo largo del curso, su asistencia a las
prácticas, los resultados obtenidos y la claridad de exposición de éstos.

Recursos Bibliográficos

Algunos aspectos de temas del programa se tratan en textos de química de
diferentes asignaturas de la licenciatura en Química, por ello, esta
bibliografía utilizable se irá indicando a medida que se avance en cada tema.
Además en la biblioteca puede consultarse alguno de los siguientes textos:

- Molecular Modelling for Beginners, por Alan Hinchliffe; editorial Wiley and
Sons incorporated Barnes and Noble; rústica, 410pág.  2003; ISBN: 0470843101.

- A Guide to Molecular Mechanics and Quantum Chemical Calculations; W.J. Hehre;
Wavefunction, Inc., Irvine, CA, 2003 ; rústica 796 págs (contiene un CD); ISBN
1-890661-18-X.

- Molecular Modelling: Principles and Applications, por Andrew R. Leach;
editorial Prentice Hall, segunda edición 2001, ISBN 0582382106.

- Molecular Modeling and Simulation: An Interdisciplinary Guide. por Tamar
Schlick; editorial Springer Verlag, New York 2002; ISBN 0-387-95404-X.

- Molecular Modeling on the PC, por Matthew Schlecht; editorial Wiley-VCH; 1998;
ISBN: 0471185671. (Casi sólo Mecánica Molecular y un único tipo de programa).

- Fundamental Principles of Molecular Modeling; por W. Gans, Anton Amann, Jan C.
A. Boeyens, Werner Gans, A. Amann, J. C. A. Boeyens; Editor W. Gans, editorial
Plenum Publishing Corporation; 1996;  ISBN: 03064530531996.

- Essentials of Computational Chemistry; por Christopher J. Cramer, editorial
Wiley; 2004; ISBN 0-470-09128-7

- Elewmentos de Mecánica Cuántica Molecular; Manuel Fernánez, Pilar Ríus,
Concepción Fernández y David Zorrilla; Servicio de Publicaciones de la
Universidad de Cádiz; 2002; ISBN: 84-7786-655-4