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Facultad de Ciencias
Exactas y Naturales
Programa Analítico
ASIGNATURA:
Fisicoquímica II
PLAN DE ESTUDIOS:
2011
ANO ACADEMICO:
2013
CARRERA/S:
Química
PROFESOR A CARGO: Dra. M. Rosario Soriano
Otros docentes: Dra. Silvina Fioressi
CUATRIMESTRE:
2 do.
1. OBJETIVOS:
Introducir al alumno en las principales nociones de la Química Física.
La Química Física debe verse como un campo intermedio que comprende el estudio de las
interacciones entre la materia y la energía.
Aplicar estos conocimientos a la elucidación o clarificación de los principios que tienen que
ver con las transformaciones de la materia, que se conocen como reacciones químicas, a
través del estudio de las propiedades físicas de las sustancias que reaccionan y de los
efectos de los cambios físicos sobre las reacciones mismas.
Nos encontramos en un nuevo siglo, el de las comunicaciones, la biotecnología y el medio
ambiente, y necesitamos que las personas estén alfabetizadas tecnológicamente. Más que
nunca los estudiantes universitarios deberán ser capaces de plantear interrogantes y, sobre
todo, de encontrar respuestas, usando investigación documental, consultando a
especialistas, seleccionando del enorme cúmulo de información aquella que sea pertinente,
conociendo dónde encontrarlas, cómo orientarse y cómo tratarlas. Se requiere un esfuerzo
dirigido e intencionado para lograr la difusión y alfabetización tecnológica.
2. Contenidos:
a. Contenidos Mínimos:
Teorías de la velocidad de reacción. Cinética Química: homogénea y heterogénea. Química
cuántica. Fuerzas Intermoleculares. Espectroscopia molecular. Introducción a la
termodinámica estadística. Función de partición. Fotoquímica.
b. Contenidos Básicos:
Unidad 1
Cinética química. Orden de reacción, molecularidad, reacciones elementales.
Reacciones de primero, segundo y tercer orden. Reacciones de orden cero. Determinación
experimental del orden y de las constantes de reacción.
Unidad 2
Reacciones en equilibrio. Mecanismos de reacción. Aproximación del estado estacionario.
Reacciones en cadena. Reacciones catalizadas: sistemas homogéneos y heterogéneos.
Sistemas enzimáticos. Dependencia de la rapidez de reacción con la temperatura. Ecuación
de Arrhenius.
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Unidad 3
Teoría cinética de los gases. Teoría de colisiones. Teoría del estado de transición.
Introducción a la termodinámica estadística. Funciones de partición.
Unidad 4
Introducción a la mecánica cuántica: Postulados. Ecuación de Schrödinger. Formulación
general. Interpretación de la función de onda. Energía de las partículas: traslacional,
rotacional, vibracional y electrónica.
Unidad 5
Funciones de onda, probabilidad y normalización. Operadores mecánico-cuánticos. Algebra
de operadores. Observables medibles y valores esperados. Autovalores y autofunciones.
Conmutadores y operadores Hermíticos. Aplicaciones de la mecánica cuántica a sistemas
sencillos: Partícula libre, partícula en la caja, partícula en un pozo unidimensional (efecto
túnel). Oscilador armónico. Rotor rígido.
Unidad 6
Átomo de hidrógeno: estructura, orbitales atómicos y reglas de selección. Átomos
hidrogenoides. Energía de ionización. Átomos multielectrónicos. Configuración electrónica.
Números cuánticos y spin. Momento angular.
Unidad 7
Moléculas: el enlace químico. Método de orbitales moleculares de Huckel. Aproximación de
Born-Oppenheimer. Moléculas diatómicas. Teoría de orbitales moleculares. Teoría del
enlace de valencia. Fuerzas intermoleculares.
Unidad 8
Espectroscopia: principios básicos. Estados excitados, distribución de Boltzmann y energía
térmica de átomos y moléculas. Espectroscopia atómica y molecular. Espectroscopia
rotacional, vibracional y electrónica. Fotoquímica. Espectroscopia foto-electrónica
3. BIBLIOGRAFIA
BASICA
- Physical Chemistry: A guided inquiry, Thermodynamics; J. N., Spencer, R. S. Moog and J.
J. Farrell Houghton Mifflin (2004).
- Physical Chemistry: A guided inquiry, Atoms, Molecules and Spectroscopy; J. N., Spencer,
R. S. Moog and J. J. Farrell Houghton Mifflin (2004).
- Physical Chemistry; G.W.Castellan, Ed. Addison-Wesley (1964).
- Fisicoquímica; P.W.Atkins, Ed. Fondo Educativo Interamericano (1985).
- Fisicoquímica; Levine, McGraw Hill (1998).
- Physical Chemistry; R.S.Berry, S.A.Rice y J.Ross, Ed. Wiley (1980).
- Fisicoquímica; D.F.Eggers, N.W.Gregory, G.D.Halsey y B.S.Rabinovitch, Ed. Wiley (1967).
- Physical Chemistry; E.A.Moelwyn-Hughes, Ed. Pergamon (1961).
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- Physical Chemistry; M.Barrow; Ed. McGraw-Hill (1966).
- A texbook of Physical Chemistry; A.W.Adamsonn; Academi Press (1973)
3.2 Adicional
- Molecular Thermodynamics; R.E.Dickerson, Ed. Benjamín (1969).
- Termodinámica; E.A.Guggenheim, Ed. Technes (1970).
- Termodinámica para Químicos; S.Glasstone, Ed. Aguilar (1966).
- Termodinámica, Teoría Cinética de los Gases y Mecánica Estadística; F.W.Sears, Ed.
Reverté (1959).
- Quantum Mechanics in Chemistry; N.W.Hanna;Ed. W.A.Benjamin
- Química Cuántica; I. Levine; Ed. AC (1977)
- Introduction to Molecular Spectroscopy; M.Barrow; Ed. McGraw-Hill (1962)
- Fenómenos de transporte; R.B.Bird, W.E.Steward, E.Lightfoot, cap 1 y 2.
- The principles of Electrochemistry; Mc.Innes; Ed. Dover N.Y. (1961)
- Cinética Química; K.J.Laidler; Ed. Alhambra, 2da.ed., (1971)
- Chemical Kinetics and Reaction Mechanisms; F.Wilkinson; Ed. Van Nostrand (1981)
4. METODOLOGIA DE LA ENSEÑANZA
Las clases se desarrollan bajo una propuesta diferente de los cursos expositivos tradicionales y
responde a la metodología POGIL (www.pogil.org). Ésta se basa en el hecho de que los alumnos
aprenden más si tienen un compromiso activo y construyen su propio aprendizaje, interactuando
unos con otros. Es por esto que los alumnos trabajan en pequeños grupos con material
cuidadosamente preparado de acuerdo con una estrategia centrada en el estudiante. El objetivo de la
propuesta no se limita únicamente a desarrollar el dominio de los contenidos conceptuales a través
de la construcción de su propia comprensión por parte del estudiante, sino que también busca
reforzar habilidades de aprendizaje tan importantes como son: el procesamiento de la información, la
comunicación oral y escrita, el pensamiento crítico, la resolución de problemas, y la metacognición y
evaluación.
Los ejercicios y el trabajo de clase están en inglés lo que agrega el valor de practicar el idioma.
Algunos trabajos requieren el uso de planillas de cálculo (por ejemplo Excel)
Trabajos Prácticos
El curso comprende tambien prácticas de laboratorio, para lo que los alumnos cuentan con el
material necesario en cada práctica. Las prácticas se desarrollan con el objetivo de que los alumnos
comprueben experimentalmente lo aprendido en las clases teóricas, con este fin algunas de las
prácticas que se realizan son:
 Cinética de una reacción de pseudo primer orden: Reacción de Hipoclorito de sodio
 Preparación of Benzopinacolviafotoreducción de Benzofenona en 2-Propanol
 Fotodimerización de antraceno
5. CRITERIOS DE EVALUACION
Si las metas y las actividades de enseñanza y de aprendizaje cambian en el curso y la evaluación de
los conocimientos no cambia en forma coherente existe un problema de integración en el curso. Esta
metodología enfatiza la comunicación de la comprensión conceptual del contenido del curso.
Consecuentemente la evaluación de los estudiantes debe considerar la comprensión del
conocimiento y no la mera memorización. Los alumnos deben mostrar sus habilidades usando el
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saber procesando y evaluando información. Necesitan explicar lo que saben claramente y escribirlo
correctamente. Incluso se pueden evaluar las responsabilidades en el trabajo grupal. Una evaluación
centrada en el proceso nos dará una información sistemática sobre el desarrollo de aprendizaje que
se ha llevado a cabo. Usamos en este curso la evaluación por proyectos sobre los que los alumnos
avanzan semana a semana.
6- Plan de trabajo de la asignatura
Semana
1
Descripción de Actividad
Trabajo grupal sobre fichas con preguntas criticas que van
guiando la actividad. Tema de cinética química consta de 10
fichas de trabajo (K1-K10), que se discutirán en las siete primeras
semanas.
Tipo
Unidad/es
Hs.Cát.
Teórica
Unidad 1
4
(trabajo
grupal)
Ficha K1
Introducción a la cinética química. Rapidez de reacción. Ley de
rapidez. Orden y molecularidad.
2
3
4
Discusión de problemas, ejercicios.
Act.
Práctica
Determinación experimental de la constante de rapidez y el orden
de la reacción. Ley de rapidez integrada para diferentes ordenes
de reacción. Método de aislamiento.
Teórica
Unidad 1
(trabajo
grupal)
Fichas K2-K3
6
Discusión de problemas, ejercicios.
Act.
Práctica
Mecanismos de reacción. Reacciones en equilibrio. Aproximación
de Estado Estacionario. Reacciones en cadena.
Teórica
Unidad 2
(trabajo
grupal)
Ficha K4
Trabajo practico 1: Cinética de hipoclorito
Act.
Práctica
Se comienza a desarrollar el proyecto sobre el que se lleva a
cabo la evaluación.
Teórica
Dependencia de la rapidez de reacción con la temperatura.
Energía de activación. Ecuación de Arrhenius.
Discusión de problemas, ejercicios.
(trabajo
grupal)
6
6
Cinética de reacciones catalizadas: catálisis homogénea y
heterogénea. Reacciones enzimáticas. Mecanismo de MichaelisMenten
Unidad 2
4
Fichas K5-K6
Act.
Práctica
4
2
Teórica
Unidad 2
(trabajo
grupal)
Ficha K7
Trabajo practico 2: Efecto de la temperatura en la cinética de una
reacción
Act.
Práctica
Teoría de colisiones para reacciones en fase gaseosa. Colisiones
efectivas y no efectivas. Correcciones a la teoría. Aplicación de la
teoría a mecanismos de reacción.
Teórica
Unidad 3
(trabajo
grupal)
Ficha K8-K9
Trabajo práctico 3: Cinética de una reacción mixta:
descomposición de agua oxigenada.
4
6
Consultas y seguimiento del proyecto.
5
4
4
6
Act.
Práctica
4
6
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7
Teoría del estado de transición. Coordenadas de reacción y
formación del complejo activado. Entropía de activación.
Termodinámica estadística. Funciones de partición.
Trabajo practico 4: Cinética de una reacción catalizada
8
Trabajo grupal sobre fichas con preguntas criticas que van
guiando la actividad. Tema de Mecánica Cuántica consta de 23
fichas de trabajo (C1-C23), que se discutirán en las siguientes
ocho semanas.
Teórica
Unidad 3
(trabajo
grupal)
Ficha K10
Act.
Práctica
6
Teórica
Unidad 4
Fichas C1-C2
Act.
Práctica
4
2
Consultas y seguimiento del proyecto.
9
Energía traslacional. Probabilidad y normalización. Operadores
mecánico-cuánticos. Observables medibles y valores esperados.
Autovalores y autofunciones. Conmutadores y operadores
Hermíticos. Partícula libre, partícula en una caja unidimensional y
en tres dimensiones. Efecto túnel.
Discusión de problemas, ejercicios.
Teórica
Unidad 5
(trabajo
grupal)
Fichas C3-C4
Act.
Práctica
Vibración molecular: el oscilador armónico. Rotación de
partículas: el rotor rígido. Átomo de hidrogeno: energía, función
de onda orbital, momento angular. Hidrogenoides.
Discusión de problemas, ejercicios.
Teórica
(trabajo
grupal)
2
Unidades 5 y
6
Energía de ionización. Átomos multielectrónicos. El átomo de He.
Configuración electrónica. Números cuánticos y spin. Momento
angular. Term symbols
Discusión de problemas, ejercicios.
Act.
Práctica
4
2
Teórica
Unidad 6
(trabajo
grupal)
Fichas C9C13
Act.
Práctica
El enlace químico. Orbitales moleculares: Huckel, LCAO,
MOPAC. Fuerzas intermoleculares. Solapamiento de orbitales y
orbitales híbridos, teoria de enlace de valencia. Moléculas
diatómicas. Momento angular orbital.
Discusión de problemas, ejercicios.
2
Teórica
Unidad 7
(trabajo
grupal)
Fichas C14C17
Act.
Práctica
2
Evaluación
4
Evaluacion
6
4
Consultas y seguimiento del proyecto.
13
14
Presentación del proyecto.
Energía térmica de las moléculas. Estados excitados. Distribución
de Boltzmann. Función de partición. Energía rotacional y
vibracional: reglas de selección.
4
4
Consultas y seguimiento del proyecto.
12
4
Fichas C5-C8
Consultas y seguimiento del proyecto.
11
4
4
Consultas y seguimiento del proyecto.
10
4
(trabajo
grupal)
Introducción a la Mecánica Cuántica: energía de las partículas,
postulados de la mecánica cuántica, ecuación de Schroedinger,
función de onda.
Discusión de problemas, ejercicios.
4
Teórica
Unidad 7 y 8
(trabajo
grupal)
Fichas C18C20
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15
16
Discusión de problemas, ejercicios.
Act.
Práctica
Espectroscopia molecular rotacional y vibracional. Reglas de
selección para transiciones vibracionales y rotacionales. Espectro
roto-vibracional. Potencial de Morse. Vibración de moléculas poli
atómicas.
Teórica
Unidad 8
(trabajo
grupal)
Ficha C21
Trabajo práctico 5: Espectroscopia roto-vibracional de moléculas
diatómicas
Act.
Práctica
Espectros electrónicos de átomos y moléculas. Reglas de
selección. Excitación fotónica. Principio de Franck-Condon.
Fluorescencia y fosforescencia. Espectroscopia foto-electrónica
Teórica
Unidad 8
(trabajo
grupal)
Fichas C22C23
Trabajo práctico 6: Fotoquímica.
6
4
6
Act.
Práctica
4
6
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ANEXO I
A1 - Carga Horaria - Modalidad de Enseñanza
Modalidad
Teóricas
Act. Prácticas
Evaluación
Total del curso
Horas
48
64
8
120
A2 – Carga Horaria de Actividades Prácticas
Tipo Actividad
1.- Resolución Problemas
2.- Prácticas de Laboratorio
3.- Prácticas de Simulación
4.- Prácticas de Programación
5.- Prácticas de Diseño y Proyecto
6.- Presentaciones Alumnos
7.- Trabajos de Campo y Visitas a Plantas
Total Actividades Prácticas
Horas
34
30
8
72
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