transparencias en formato PDF (346337 bytes)

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Perspectivas y AprendizajePerspectivas y Aprendizaje

de la Química Físicade la Química Física

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Una visión personal ...Una visión personal ...

Estructura conceptual de la Química FísicaEstructura conceptual de la Química Física

Ejemplos de actividad en diferentes camposEjemplos de actividad en diferentes campos

PerspectivasPerspectivas

Una definición?Una definición?

3

Química Física Una definición ?

Una ciencia que pretende

describir y entender ...

la materia y su relación con la radiación ...

en términos del mundo microscópico ...

que es cuántico, difícil, misterioso ...

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Estructura ConceptualEstructura Conceptual

ExperimentoExperimentoReaccionesReacciones químicas y Reactividadquímicas y ReactividadMagnitudes macroscópicasMagnitudes macroscópicasMagnitudes atómicas y molecularesMagnitudes atómicas y moleculares

TeoríaTeoría

TermodinámicaTermodinámicaMecánica EstadísticaMecánica EstadísticaMecánica CuánticaMecánica CuánticaCinética y DinámicaCinética y Dinámica

SimulaciónSimulaciónCombinación de teoríasCombinación de teoríasModelos simplificadosModelos simplificadosProgramación y Computación Programación y Computación

InteracciónInteracción

Termodinámica Termodinámica –– Mecánica CuánticaMecánica CuánticaMecánica Clásica Mecánica Clásica -- ReactividadReactividadMecánica EstadísticaMecánica Estadística--Teoría de la InformaciónTeoría de la InformaciónInformación cuántica Información cuántica -- Computación cuánticaComputación cuántica..............

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1. Experimentos Convencionales1. Experimentos ConvencionalesCaracterización cuantitativa de la estructura y propiedades de lCaracterización cuantitativa de la estructura y propiedades de la a materia y de su interacción con la radiación electromagnética.materia y de su interacción con la radiación electromagnética.

1.A Reacciones químicas y Reactividad1.A Reacciones químicas y Reactividad

Capacidades caloríficas.Capacidades caloríficas.

∆∆HHºº de reacción y de reacción y ∆∆HHºº de formación. TABLAS.de formación. TABLAS.

Constantes de Equilibrio Constantes de Equilibrio KKºº (análisis químico, fem, etc.).(análisis químico, fem, etc.).

Función Función KKºº(T)(T) y propiedades de reacción: y propiedades de reacción: ∆∆HHºº, , ∆∆GGºº, , ∆∆SSºº,, etcetc..

Coeficientes de actividad.Coeficientes de actividad.

Constantes cinéticas y caracterización de la ecuación cinética.Constantes cinéticas y caracterización de la ecuación cinética.

Medidas de concentración, Medidas de concentración, PP, , TT, fem, ....., fem, .....

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1. B Magnitudes macroscópicas1. B Magnitudes macroscópicas

Caracterización diagramas de fase (sólidoCaracterización diagramas de fase (sólido--liquido, liqliquido, liq--liq, ...)liq, ...)

Propiedades coligativas (Propiedades coligativas (ppvaporvapor, , ∆∆TTfusfus, , ∆∆TTebullebull, , ΠΠ ))

Compresibilidad, dilatación, elasticidad,...Compresibilidad, dilatación, elasticidad,...

Conductividad térmica y eléctricaConductividad térmica y eléctrica

Difusión (gas, disolución; difusión térmica, efusión, ...)Difusión (gas, disolución; difusión térmica, efusión, ...)

Constante dieléctricaConstante dieléctrica

Susceptibilidad magnéticaSusceptibilidad magnética

..............

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1. C Magnitudes atómicas y moleculares1. C Magnitudes atómicas y moleculares

Densidad electrónica (difracción rayos X y electrones)Densidad electrónica (difracción rayos X y electrones)

Potenciales de ionizaciónPotenciales de ionización

Niveles atómicosNiveles atómicos

Efectos Stark y ZeemanEfectos Stark y Zeeman

Geometría molecularGeometría molecular

Energía de enlaceEnergía de enlace

Constantes moleculares: espectroscopíaConstantes moleculares: espectroscopía

..............

Experiments in Physical Chemistry,Experiments in Physical Chemistry,

Carl W. Garland, Joseph W. Niebler, David P. Schoemaker, McGrawCarl W. Garland, Joseph W. Niebler, David P. Schoemaker, McGraw--Hill, 7ª Ed. 2002Hill, 7ª Ed. 2002

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Experimentos con resolución atómicaExperimentos con resolución atómica

Necesidad de Necesidad de ultra alto vacío (UHV)ultra alto vacío (UHV) para asegurar:para asegurar:

1. 1. -- Superficie de la muestra limpia de adsorción.Superficie de la muestra limpia de adsorción.2. 2. -- Circulación libre de las partículas de interés.Circulación libre de las partículas de interés.

Estimaciones de la Teoría Cinética para Estimaciones de la Teoría Cinética para T = 300 K.T = 300 K. mm = = 30 u30 u = = 5x105x10--2626 kgkg. . σσ = = 1.4x101.4x10--1919 mm22/molec/molec

ρρ = p / k= p / kBBTT λλ = = kkBBT / (T / (√√2 p 2 p σσ )) ttmlml = = R/F ~ 1/ R/F ~ 1/ σσ FF

Vacío pVacío p ((mbarmbar) ) ρρ ((molec mmolec m--33) ) λλ ((mm) F() F(molec mmolec m--22 ss--11) t) tml ml ((ss) ) ____________________________________________________________________________________________________________

Medio 10Medio 10--33 10101919 0.2 3x100.2 3x102121 3x103x10--33

Alto (HV) 10Alto (HV) 10--66 10101616 200 3x10200 3x101818 33

Ultra (UHV) 10Ultra (UHV) 10--99 10101313 2x102x1055 3x103x101515 3x103x1033

F = p / (2πmkBT)1/2

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Experimentos con resolución atómicaExperimentos con resolución atómicaMicroscopia Electrónica de Transmisión in situ (in situ TEM)Microscopia Electrónica de Transmisión in situ (in situ TEM)

TEM convencional equipada con una celda en la que se aloja la TEM convencional equipada con una celda en la que se aloja la muestra, con posibilidad de realizar operaciones muy precisas demuestra, con posibilidad de realizar operaciones muy precisas de::

Calentamiento y enfriamientoCalentamiento y enfriamiento

Muy alto vacíoMuy alto vacío

Inyección de gasesInyección de gases

Permite examinar materiales con resolución atómica y estudiar inPermite examinar materiales con resolución atómica y estudiar in situ:situ:

Transformaciones polimórficas y migración atómicaTransformaciones polimórficas y migración atómica

Crecimiento de granos y nanoestructurasCrecimiento de granos y nanoestructuras

Recubrimiento y difusión superficial de partículasRecubrimiento y difusión superficial de partículas

SinterizaciónSinterización

............

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Experimentos con resolución atómicaExperimentos con resolución atómicaMicroscopia túnel de barrido (STM)Microscopia túnel de barrido (STM)Gerd BinnigGerd Binnig, , Heinrich RohrerHeinrich Rohrer, Christoph Gerber, Edmund Weibel, Christoph Gerber, Edmund WeibelPhys. Rev. Lett.Phys. Rev. Lett. 4949, 57 (1982). , 57 (1982). IBMIBM--Zurich. Zurich. NF 1986 (con Ernst Ruska)NF 1986 (con Ernst Ruska)..

Microscopía de fuerza atómica (AFM)Microscopía de fuerza atómica (AFM)Gerd Binnig, Christoph Gerber, Calvin Quate (Stanford), 1985.Gerd Binnig, Christoph Gerber, Calvin Quate (Stanford), 1985.Phys. Rev. Lett.Phys. Rev. Lett. 56,56, 930 (1986). Fuerza de 10930 (1986). Fuerza de 10--1818 N, sin daño superficial.N, sin daño superficial.

AFMAFM mide la fuerza de la interacción entre la muestra y la sonda, amide la fuerza de la interacción entre la muestra y la sonda, a través través de las desviaciones de un haz láser que se refleja en el soportede las desviaciones de un haz láser que se refleja en el soporte de la punta.de la punta.

Permite estudiar materiales conductores, aislantes y semiconductPermite estudiar materiales conductores, aislantes y semiconductores.ores.

-- Modo de contacto (Pauli). Aparecen Modo de contacto (Pauli). Aparecen fuerzas laterales sobre la muestra.fuerzas laterales sobre la muestra.

-- Modo oscilante (Modo oscilante (tappingtapping). M). Minimiza la fuerza lateral, mejor topografía.inimiza la fuerza lateral, mejor topografía.

-- Modo de no contacto (>1 nm, vdW): Modo de no contacto (>1 nm, vdW): problema con capilaridad problema con capilaridad →→ contacto.contacto.

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Número creciente de aplicaciones en metales, semiconductores, cerámicas,

recubrimiento, vidrios, polímeros, membranas biológicas y sintéticas,

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AFM: AFM: origen de una familia de microscopias de fuerzaorigen de una familia de microscopias de fuerzaFuerza Lateral (LFM)Fuerza Lateral (LFM): movimiento horizontal, microfricción superficial.: movimiento horizontal, microfricción superficial.

Fuerza Química (CFM):Fuerza Química (CFM): diferencias de adsorción entre sonda y diferencias de adsorción entre sonda y muestra. Mide diferencias de composición en la muestra. muestra. Mide diferencias de composición en la muestra.

Fuerza Magnética (MFM):Fuerza Magnética (MFM): punta recubierta con un ferromagneto;punta recubierta con un ferromagneto;

modo de no contacto; información sobre topografía ymodo de no contacto; información sobre topografía y estructuraestructura

magnética de la muestra, determinación de dominios magnética de la muestra, determinación de dominios magnéticos......magnéticos......

��

��

��

AFMAFM--TEM in situ: TEM in situ: combinación para la dinámica superficial.combinación para la dinámica superficial.

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Objetivo:Objetivo: caracterizar mecanismos molecularescaracterizar mecanismos moleculares

Dificultad:Dificultad: las características superficiales varían con el tamaño y las características superficiales varían con el tamaño y estructura de partículas, tipo de material soporte y promotores.estructura de partículas, tipo de material soporte y promotores.

ProgresoProgreso en la última década:en la última década:

-- Avance en microscopía y espectroscopía in situ.Avance en microscopía y espectroscopía in situ.

-- Desarrollo de catalizadores modelo de baja complejidad.Desarrollo de catalizadores modelo de baja complejidad.

-- Cálculos ab initio y esquemas de simulación predictivos.Cálculos ab initio y esquemas de simulación predictivos.

Síntesis de NHSíntesis de NH33 catalizada por Ru mejorado con Ba sobre BN. catalizada por Ru mejorado con Ba sobre BN.

T.W.Hansen, J.B. Wagner, P.L. Hansen, S. Dahl, H. Topsoe, C.J.H.T.W.Hansen, J.B. Wagner, P.L. Hansen, S. Dahl, H. Topsoe, C.J.H. Jacobsen, Jacobsen, Science Science 294294, 1508 (2001)., 1508 (2001).

Interés químico de AFMInterés químico de AFM--TEM:TEM:Información molecular en catálisis heterogéneaInformación molecular en catálisis heterogénea

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La microscopía La microscopía TEMTEM nono es apropiada para este objetivo. No revela la es apropiada para este objetivo. No revela la presencia de Ba en el catalizador, detectado por espectroscopía.presencia de Ba en el catalizador, detectado por espectroscopía.Indica, además, un recubrimiento del Ru por BN.Indica, además, un recubrimiento del Ru por BN.

La microscopía La microscopía TEM in situTEM in situ resuelve bien las estructuras de las resuelve bien las estructuras de las partículas de Ru y BN. Muestra que el Ru no está recubierto por partículas de Ru y BN. Muestra que el Ru no está recubierto por BN.BN.

Las imágenes del Ru mejorado muestran que el Ba es un promotor Las imágenes del Ru mejorado muestran que el Ba es un promotor electrónico y describen la posición del Ba en el Ru.electrónico y describen la posición del Ba en el Ru.

Espectroscopía y simulación computacional confirman que el Ba seEspectroscopía y simulación computacional confirman que el Ba seadsorbe en forma de monocapas de óxido. Su papel es crucial. adsorbe en forma de monocapas de óxido. Su papel es crucial.

La actividad de este catalizador es muy alta. Puede multiplicar La actividad de este catalizador es muy alta. Puede multiplicar por un por un factor 3 la velocidad de reacción.factor 3 la velocidad de reacción.

RESULTADOS MAS NOTABLES

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Imágenes TEM convencionales de un catalizador de Ru, mejorado con Ba, sobre un sustrato de nitruro de boro.

Izquierda: Baja resolución, mostrando cristales de Ru sobre el BN hexagonal, la mayoría de los cuales están recubiert os por una lámina delgada de BN.

Derecha: Alta resolución mostrando 3-4 capas de BN recubrien do la partícula de Ru. El espaciado entre capas de BN es 0.31 nm, lo que corresponde a los planos 002. En el Ru los espaciad os son de 0.23 nm, en dos direcciones que forman un ángulo de 60º, lo que indica que el eje de zona es el 001.

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Imágenes TEM in situ del catalizador de Ru mejorado con Ba, a 552ºC y 5.2 mbar, en atmósfera H2/N2 3:1.

Izquierda: El cristal de Ru muestra un espaciado de 0.21 nm, correspondiente a los planos 101. En varios puntos de su superficie aparecen manchas que se asocian a una fase que cont iene Ba.

Derecha: Imagen de alta resolución del cristal de Ru, con 0. 23 nm de espaciado (planos 100). En su arista superior derec ha se distingue una pequeña monocapa de una fase de óxido de Ba. La dis tancia entre los puntos oscuros que representan átomos de Ba es 0.48 nm.

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Láseres de pulso ultracorto y superintensos para Láseres de pulso ultracorto y superintensos para estudiar química e interacción radiaciónestudiar química e interacción radiación--materia. materia.

Ultracorto:Ultracorto: Procesos atómicos y moleculares a escala 10Procesos atómicos y moleculares a escala 10--1515 segundos (fs). segundos (fs).

Energía:Energía: ~~ 11µµJ. J. Potencia: Potencia: ~ 10~ 1099 W ~ 1 GW.W ~ 1 GW.

Intensidad:Intensidad: Potencia/sección. Potencia/sección. Si Si σσ = 10x10 = 10x10 µµm, Im, I ~~ 10101515 W cmW cm--22, estándar. , estándar. →→ >10>1020 20 W cmW cm--22 en grandes instalaciones.en grandes instalaciones.

Ahmed H. ZewailAhmed H. Zewail, NQ 1999 por sus estudios de los estados de transici, NQ 1999 por sus estudios de los estados de transicióón n de las reacciones qude las reacciones quíímicas utilizando espectroscopmicas utilizando espectroscopíía de femtosegundo a de femtosegundo (Caltech, Pasadena, CA).(Caltech, Pasadena, CA).

FemtoquFemtoquíímica, lmica, lááseres ultrarrseres ultrarráápidos, dinpidos, dináámica de nanoestructuras, mica de nanoestructuras, difraccidifraccióón ultrarrn ultrarráápida de electrones, y, especialmente, extraordinaria pida de electrones, y, especialmente, extraordinaria capacidad de creacicapacidad de creacióón e interpretacin e interpretacióón de nuevos conceptos: moln de nuevos conceptos: molééculas noculas no--ergergóódicas, concertacidicas, concertacióón molecular, microfriccin molecular, microfriccióón y movimiento coherente en n y movimiento coherente en fluidos densos, etc.:fluidos densos, etc.:

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Láseres de pulso ultracorto y superintensos para Láseres de pulso ultracorto y superintensos para estudiar química e interacción radiaciónestudiar química e interacción radiación--materia.materia.

Variedad de fenómenos, dependiendo de la intensidad (diferentes Variedad de fenómenos, dependiendo de la intensidad (diferentes regímenes)regímenes)

<10<101212 W cmW cm--22: (régimen perturbativo): absorción de uno o más fotones.: (régimen perturbativo): absorción de uno o más fotones.

~~ 101012 12 : alineación molecular con la polarización del láser (par l: alineación molecular con la polarización del láser (par láser áser -- µµindind))

10101414 ––10101515: (régimen de Coulomb) mezcla de estados electrónicos; deformaci: (régimen de Coulomb) mezcla de estados electrónicos; deformación ón APES; deformación molecular; rotura selectiva de enlaces y contAPES; deformación molecular; rotura selectiva de enlaces y control rol canal de reacción (canal de reacción (ScienceScience 292292, 709 (2001)); explosión , 709 (2001)); explosión coulombiana, consecuencia de intensa ionización túnel.coulombiana, consecuencia de intensa ionización túnel.

~ 10~ 101818: formaci: formacióón de plasmas; campo n de plasmas; campo BB ~ ~ EE →→ electrones relativistas.electrones relativistas.

> 10> 101818 : r: réégimen relativista; electrones acelerados a GeV; clusters gimen relativista; electrones acelerados a GeV; clusters XeXenn(n>1000) (n>1000) →→ XeXez+z+(MeV) + rayos X; fusi(MeV) + rayos X; fusióón nuclear. Se intenta n nuclear. Se intenta alcanzar 10alcanzar 102828 W cmW cm--2 2 : vac: vacíío o →→ par electrpar electróón n -- positrpositróón.n.

" ��#$ � ��%#" ��#$ � ��%#&��&��%#%#�'(�'(�'(�'(�'(�'(�'(�'(%#)*('#+�,,�-�%#)*('#+�,,�-�

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Estructura ConceptualEstructura Conceptual

ExperimentoExperimentoReacciones químicas y ReactividadReacciones químicas y ReactividadMagnitudes macroscópicasMagnitudes macroscópicasMagnitudes atómicas y molecularesMagnitudes atómicas y moleculares

TeoríaTeoría

TermodinámicaTermodinámicaMecánica EstadísticaMecánica EstadísticaMecánica CuánticaMecánica CuánticaCinética y DinámicaCinética y Dinámica

SimulaciónSimulaciónCombinación de teoríasCombinación de teoríasModelos simplificadosModelos simplificadosProgramación y ComputaciónProgramación y Computación

InteraccionesInteracciones

Termodinámica Termodinámica –– Mecánica CuánticaMecánica CuánticaMecánica Clásica Mecánica Clásica -- ReactividadReactividadMecánica EstadísticaMecánica Estadística--Teoría de la InformaciónTeoría de la InformaciónInformación cuántica Información cuántica -- Computación cuánticaComputación cuántica..............

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TermodinámicaTermodinámica

MatemáticasMatemáticas

Derivadas parciales.Derivadas parciales.Diferenciales exactas.Diferenciales exactas.Gradientes y flujos.Gradientes y flujos.Funciones homogéneas (Euler).Funciones homogéneas (Euler).Extremos condicionados.Extremos condicionados.

GeneralidadGeneralidad

dUdU = = TdS TdS + + ΣΣk k ffk k XXkk

Gases, líquidos, sólidos, disoluciones,Gases, líquidos, sólidos, disoluciones,polímeros, superficies, magnetismo, polímeros, superficies, magnetismo, radiación, radiación, clustersclusters, espines, plasmas,, espines, plasmas,pseudopartículas, black holes ...pseudopartículas, black holes ...

MacroscópicaMacroscópicaSistemas con Sistemas con NNAA ((~ 10~ 102323) ) partículas.partículas.Pocas variables.Pocas variables.~ ~ Independencia ideas microscópicasIndependencia ideas microscópicas

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Termodinámica postTermodinámica post--1950 (2 ejemplos)1950 (2 ejemplos)Temperaturas Kelvin negativasTemperaturas Kelvin negativasNorman F. Ramsey: Norman F. Ramsey: Thermodynamics and Statistical Mechanics at Negative Thermodynamics and Statistical Mechanics at Negative Absolute Temperatures,Absolute Temperatures, Phys. Rev.Phys. Rev. 103103, 20 (1956)., 20 (1956).(NF 1989 reloj atómico de Cs).(NF 1989 reloj atómico de Cs).

Experimentos de Experimentos de Edward M. PurcellEdward M. Purcell, R. V. Pound y , R. V. Pound y Felix Bloch Felix Bloch (NF 1952, RMN).(NF 1952, RMN).Desarrolla los principios para que estos estados puedan ocurrir.Desarrolla los principios para que estos estados puedan ocurrir.Entropía ha de ser Entropía ha de ser nono monótona en monótona en UU..Modifica el Enunciado Kelvin del Segundo Principio. Espectro de Modifica el Enunciado Kelvin del Segundo Principio. Espectro de niveles acotado. niveles acotado. Inversión de momentos nucleares en un cristal de LiF: desmagnetiInversión de momentos nucleares en un cristal de LiF: desmagnetizar, invertir zar, invertir HH y y magnetizar.magnetizar.

Radiación cósmica de fondoRadiación cósmica de fondoArno Allan Penzias y Robert WoodrowArno Allan Penzias y Robert Woodrow Wilson: Wilson: A measurement of excess antenna A measurement of excess antenna temperature at 4080 Mc/s, Astronomical J. temperature at 4080 Mc/s, Astronomical J. 142142, 419 (1965). NF 1978., 419 (1965). NF 1978.Robert H. Dicke, P. J. E. Peebles, P. G. Roll y D. T. WilkinsonRobert H. Dicke, P. J. E. Peebles, P. G. Roll y D. T. Wilkinson: : Cosmic backCosmic back--body body radiation,radiation, Astronomical J. Astronomical J. 142142, 414, 414--419 (1965).419 (1965).

Radiación isótropa de cuerpo negro en equilibrio a 2.7 K.Radiación isótropa de cuerpo negro en equilibrio a 2.7 K.Confirmación de la Teoría del Confirmación de la Teoría del Big bangBig bang frente a la Teoría de Estado Estacionario.frente a la Teoría de Estado Estacionario.

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Desarrollo actual en TermodinámicaDesarrollo actual en Termodinámica423 artículos en 423 artículos en Physical ReviewPhysical Review desde 1desde 1--11--2000 con la palabra 2000 con la palabra thermodynamicsthermodynamicsen el título y 1783 con ella en el título o en el en el título y 1783 con ella en el título o en el abstract.abstract.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------W. Zhang, J. R. Smith y X. G. Wang: W. Zhang, J. R. Smith y X. G. Wang: Thermodynamics from ab initio calculationsThermodynamics from ab initio calculations, , Phys. Rev.Phys. Rev. BB 7070, 024103 (2004)., 024103 (2004).

RelaciRelacióón entre variables y estados estn entre variables y estados estáándar deducidos del anndar deducidos del anáálisis termodinlisis termodináámico mico convencional y de los cconvencional y de los cáálculos lculos ab initioab initio. Recomendaciones de valores de . Recomendaciones de valores de ∆∆GGoo, S, Soo......

M. Horodecki, J. Oppenheim y R. Horodecki: M. Horodecki, J. Oppenheim y R. Horodecki: Are the laws of entanglement Are the laws of entanglement thermodynamical?,thermodynamical?, Phys. Rev. Lett.Phys. Rev. Lett. 8989, 240403 (2002)., 240403 (2002).

La TeorLa Teoríía del Enmaraa del Enmaraññamiento tiene leyes equivalentes a las de la Termodinamiento tiene leyes equivalentes a las de la Termodináámica mica si se formula de modo reversible, incorporando estados enmarasi se formula de modo reversible, incorporando estados enmaraññados ligados, ados ligados, pero esta situacipero esta situacióón no parece general. Se discuten las conexiones entre ambas.n no parece general. Se discuten las conexiones entre ambas.

H. K. Mao et al.:H. K. Mao et al.: Phonon DOS of iron up to 153 GPaPhonon DOS of iron up to 153 GPa, , ScienceScience 292292, 914 (2001)., 914 (2001).

DOS (dispersiDOS (dispersióón ineln ineláástica de neutrones) y calculada stica de neutrones) y calculada ab initioab initio. De la DOS deducen . De la DOS deducen propiedades termodinpropiedades termodináámicas, como micas, como CCVV, , SS, , ΘΘDD, , EEZPZP, etc. , etc. →→ <Z> (n<Z> (núúcleo) cleo) ≥≥ 26 (Fe).26 (Fe).

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Primer Principio: conservación de la energía, conceptos de calorPrimer Principio: conservación de la energía, conceptos de calor, trabajo, , trabajo, UU. .

2º Principio: 2º Principio: S = S(U,V,N; xS = S(U,V,N; xk k ). ). Enunciado variacional. Otros enunciados.Enunciado variacional. Otros enunciados.

Equilibrio y estabilidad. Potenciales termodinámicos. Derivadas Equilibrio y estabilidad. Potenciales termodinámicos. Derivadas segundas.segundas.

Propiedades termodinámicas de gases, líquidos, sólidos y disolucPropiedades termodinámicas de gases, líquidos, sólidos y disoluciones.iones.

Equilibrio de fases y transiciones de fase.Equilibrio de fases y transiciones de fase.

Equilibrio químico y termoquímica. Equilibrio químico y termoquímica.

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

Termodinámica electroquímica.Termodinámica electroquímica.

Termodinámica de superficies.Termodinámica de superficies.

Termodinámica de sistemas eléctricos y magnéticos.Termodinámica de sistemas eléctricos y magnéticos.

Termodinámica de la radiación.Termodinámica de la radiación.

Termodinámica en la formación del químicoTermodinámica en la formación del químico

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Mecánica EstadísticaMecánica Estadística


Conceptos de Probabilidad,Conceptos de Probabilidad,Combinatoria y Estadística. Combinatoria y Estadística. Distribuciones continuas y discretas.Distribuciones continuas y discretas.Transformaciones integrales.Transformaciones integrales.Funciones generatrices.Funciones generatrices.Sumas y Series.Sumas y Series.

InterpretativaInterpretativa

Micro Micro →→ Macro.Macro.Confirma la Mecánica Cuántica como Confirma la Mecánica Cuántica como teoría de la materia y la radiación.teoría de la materia y la radiación.Interpreta resultados Termodinámica.Interpreta resultados Termodinámica.Valores absolutos de magnitudes.Valores absolutos de magnitudes.

MicroscópicaMicroscópicaGibbs: colectivos, Gibbs: colectivos, Z Z ((T,V,N)...T,V,N)...Langevin: ecuaciones de movimientoLangevin: ecuaciones de movimientoFokkerFokker--Planck: ecuación dPlanck: ecuación dtt densidaddensidad

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Desarrollo actual en Mecánica EstadísticaDesarrollo actual en Mecánica Estadística74 artículos en 74 artículos en Physical ReviewPhysical Review desde 1desde 1--11--2000 con las palabras 2000 con las palabras statistical statistical mechanics mechanics en el título y 373 con ellas en el título o en el en el título y 373 con ellas en el título o en el abstract.abstract.

******************************************************************************************************************************************************* *********************** R. S. Johal, A. Planes, E. VivesR. S. Johal, A. Planes, E. Vives, , Statistical Mechanics in the Extended Gaussian Statistical Mechanics in the Extended Gaussian EnsembleEnsemble, Phys. Rev. E, Phys. Rev. E 6868, 056113 (2003)., 056113 (2003).

El colectivo gaussiano ampliado (EGE) es una modificación del coEl colectivo gaussiano ampliado (EGE) es una modificación del colectivo gaussiano de lectivo gaussiano de Hetherington que los autores derivan con el método de Gibbs y coHetherington que los autores derivan con el método de Gibbs y con el de entropía máxima. n el de entropía máxima. Como el gran canónico, el EGE tiene dos parámetros: Como el gran canónico, el EGE tiene dos parámetros: ββ (relacionado con la energ(relacionado con la energíía media) y a media) y γγ (relacionado con las fluctuaciones de energ(relacionado con las fluctuaciones de energíía). Discuten el potencial termodina). Discuten el potencial termodináámico mico fundamental y asfundamental y asíí como un nuevo criterio de estabilidad. Aplicacicomo un nuevo criterio de estabilidad. Aplicacióón a un sistema de pocos n a un sistema de pocos espines independientes.espines independientes.

L. N. Kantorovich, L. N. Kantorovich, Nonequilibrium Statistical Mechanics of mixed quantumNonequilibrium Statistical Mechanics of mixed quantum--classical classical ensembles: application to nanocontact Atomic Force Microscopyensembles: application to nanocontact Atomic Force Microscopy, Phys. Rev. Lett. , Phys. Rev. Lett. 8989, 096105 (2002)., 096105 (2002).

Nuevo mNuevo méétodo para tratar la dintodo para tratar la dináámica de un sistema mixto, que se ilustra con el ejemplo del mica de un sistema mixto, que se ilustra con el ejemplo del AFM de no contacto: punta (macro) AFM de no contacto: punta (macro) -- muestra (micro y cumuestra (micro y cuáántico). La ecuacintico). La ecuacióón de movimiento n de movimiento y la de Fokkery la de Fokker--Planck contienen tPlanck contienen téérminos de memoria y de friccirminos de memoria y de friccióón que permiten describir la n que permiten describir la disipacidisipacióón de energn de energíía observada en le experimento AFM.a observada en le experimento AFM.

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Formulación de Gibbs. Colectivos.Formulación de Gibbs. Colectivos.

Mecánica Estadística y Mecánica Cuántica: Boltzmann, BE, FD.Mecánica Estadística y Mecánica Cuántica: Boltzmann, BE, FD.

Distribución mas probable, ligaduras, Z, magnitudes.Distribución mas probable, ligaduras, Z, magnitudes.

Teoría de fluctuaciones. Equivalencia de colectivos.Teoría de fluctuaciones. Equivalencia de colectivos.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Gas ideal: gas fotónico Gas ideal: gas fotónico (BE)(BE), gas de fonones , gas de fonones (BE)(BE), gases de , gases de partículas (partículas (BEBE y y BCBC). Gases reales y teorías de líquidos.). Gases reales y teorías de líquidos.

Equilibrio químico entre gases. Equilibrio químico entre gases.

Electrones en sólidos Electrones en sólidos (FD)(FD)..

Transiciones de fase.Transiciones de fase.

Electroquímica (DH).Electroquímica (DH).

Superficies, Catálisis.Superficies, Catálisis.

Mecánica Estadística en el curriculumMecánica Estadística en el curriculum

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Mecánica CuánticaMecánica Cuántica


Álgebra de Dirac. Álgebra de Dirac. Álgebra matricial. Álgebra matricial. Transformaciones matriciales.Transformaciones matriciales.Grupos puntuales y espaciales.Grupos puntuales y espaciales.Grupos continuos.Grupos continuos.

UniversalidadUniversalidad

Teoría microscópica universal deTeoría microscópica universal dela materia y la radiación:la materia y la radiación:Teoría atómica, nuclear, molecular, Teoría atómica, nuclear, molecular, partículas elementales, radiación, óptica,partículas elementales, radiación, óptica,materia condensada, información, ...materia condensada, información, ...

MicroscópicaMicroscópicaÁtomos, moléculas, fotones...Átomos, moléculas, fotones...Conceptos abstractos, no intuitivos.Conceptos abstractos, no intuitivos.Muchas formulaciones equivalentes.Muchas formulaciones equivalentes.

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Mecánica CuánticaMecánica Cuántica

Química CuánticaQuímica Cuántica

Química ComputacionalQuímica Computacional

Electrones, núcleos, fotonesElectrones, núcleos, fotones

Estructura atómicaEstructura atómicaEstructura electrónica molecularEstructura electrónica molecular

Geometría molecularGeometría molecularEstabilidad y enlace químicoEstabilidad y enlace químico

Reactividad químicaReactividad química

Métodos SemiempíricosMétodos SemiempíricosAb initio Ab initio RHF, UHFRHF, UHF

Correlación (Correlación (MCSCF, CI, MBPT,...)MCSCF, CI, MBPT,...)Teoría del Funcional de Teoría del Funcional de ρρ ((x,y,zx,y,z))

Estados excitadosEstados excitadosDinDináámica Qumica Quíímicamica

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Mecánica Cuántica en el curriculumMecánica Cuántica en el curriculum

Postulados: formulación de Schrödinger, álgebra de Dirac. Postulados: formulación de Schrödinger, álgebra de Dirac. Problemas con solución analítica y teoría del momento angular. Problemas con solución analítica y teoría del momento angular. Espín. Principio de Pauli. Espín. Principio de Pauli. Métodos aproximados. Métodos aproximados.

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Teoría atómica: átomo de un electrón. Campo central y estructuraTeoría atómica: átomo de un electrón. Campo central y estructuraelectrónica del átomo multielectrónico. electrónica del átomo multielectrónico. Estructura electrónica de las moléculas: enlace químico y Estructura electrónica de las moléculas: enlace químico y estabilidad molecular. estabilidad molecular. Rotación, vibración y estados electrónicos moleculares. Rotación, vibración y estados electrónicos moleculares. Reactividad molecular. Teoría del estado de transición. Reactividad molecular. Teoría del estado de transición. Métodos de Química Computacional.Métodos de Química Computacional.

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Cinética y DinámicaCinética y Dinámica

Riqueza experimentalRiqueza experimental

Medida v(T) Medida v(T) →→ mecanismomecanismoReacciones rápidasReacciones rápidasHaces molecularesHaces moleculares--LáseresLáseresReactividad estado a estadoReactividad estado a estado

Riqueza teóricaRiqueza teórica

Mecánica Clásica: ColisionesMecánica Clásica: ColisionesMecánica Cuántica: Superficies energíaMecánica Cuántica: Superficies energíaMecánica Estadística: TST Mecánica Estadística: TST ←← KramersKramersTeorías cinéticas: RRKM, SlaterTeorías cinéticas: RRKM, Slater

Nuevos conceptosNuevos conceptospara no equilibriopara no equilibrio

Reacciones oscilantes, caosReacciones oscilantes, caosAutómatas celulares Autómatas celulares Movimiento BrownianoMovimiento BrownianoGeometría fractal Geometría fractal Moléculas no ergódicas ...Moléculas no ergódicas ...

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Avances en Cinética Química Avances en Cinética Química

Ellison H. Taylor y Sheldon Datz, Oak Ridge Nat. Lab, Tennesse:Ellison H. Taylor y Sheldon Datz, Oak Ridge Nat. Lab, Tennesse: Study of chemical Study of chemical reaction mechanisms with molecular beams. The reaction of K withreaction mechanisms with molecular beams. The reaction of K with HBrHBr, J. Chem. , J. Chem. Phys,Phys, 2323,, 1711 (1955)1711 (1955)..

La primera reacción caracterizada con éxito mediante haces cruzaLa primera reacción caracterizada con éxito mediante haces cruzados. Capacidad dos. Capacidad de detectar cationes y medir la dispersión a diferentes ángulos.de detectar cationes y medir la dispersión a diferentes ángulos. De la distribución De la distribución angular de productos se deduce la energía de activación y otras angular de productos se deduce la energía de activación y otras características.características.

Manfred Eigen, métodos de Manfred Eigen, métodos de salto de temperatura y de presiónsalto de temperatura y de presión. NQ 1967, con . NQ 1967, con Ronald Norrish y George Porter, Ronald Norrish y George Porter, fotólisis de centelleofotólisis de centelleo →→ rango de nanosegundos.rango de nanosegundos.

Ahmed H. Zewail, Ahmed H. Zewail, Laser femtochemistryLaser femtochemistry Science Science 242242, 1645 (1988). NQ 1999., 1645 (1988). NQ 1999.

La femtoquímica trata la dinámica molecular elemental que producLa femtoquímica trata la dinámica molecular elemental que produce química: e química: creación y rotura de enlaces en la escala de tiempo de femtosegucreación y rotura de enlaces en la escala de tiempo de femtosegundo(10ndo(10--1515). El láser ). El láser permite el análisis estroboscópico del proceso reactivo, dando opermite el análisis estroboscópico del proceso reactivo, dando observaciones en bservaciones en tiempo real fundamentales para entender la dinámica de los enlactiempo real fundamentales para entender la dinámica de los enlaces.es.

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Cinética y Dinámica en el curriculumCinética y Dinámica en el curriculum

Métodos experimentales convencionalesMétodos experimentales convencionales

Métodos experimentales para reacciones ultrarápidasMétodos experimentales para reacciones ultrarápidas

Caracterización cinética a partir de los datos experimentalesCaracterización cinética a partir de los datos experimentales

Teorías cinéticas: teoría de colisionesTeorías cinéticas: teoría de colisiones

Teoría del Estado de Transición (TST). Teoría del Estado de Transición (TST).

Teorías estadísticas y dinámicas de reacciones unimolecularesTeorías estadísticas y dinámicas de reacciones unimoleculares

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Reacciones en fase gasReacciones en fase gas

Reacciones en disolución. TST en disolución.Reacciones en disolución. TST en disolución.

Catálisis homogénea, heterogénea y enzimáticaCatálisis homogénea, heterogénea y enzimática

Cinética electroquímicaCinética electroquímica

FotoquímicaFotoquímica

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Perspectivas ( Ley de Jerry Banks ! )

Desarrollo de experimentos en el tiempo (femto → atto), en el espacio (AFM-TEM, microscopía de rayos X, etc.) en la manipulación (cambiar el estado de un átomo)

Desarrollo de teorías descripción de la materia lejos del equilibrio transiciones de fase superconductividad de alta T fundamentos teoría cuántica

Desarrollos en simulación nuevos modelos, nuevas matemáticas nuevo equipamiento nuevo software, trabajo en red

Nuevas aplicaciones ciencias del Medio Ambiente ciencias de la Tierra y de la Vida preparación y caracterización de nuevos materiales

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GRACIASVíctor Luaña Ángel Martín Pendás Evelio Francisco Manolo Flórez José Manuel Recio Miguel Álvarezy Margarita Bermejo

Universidad de OviedoMCyT, MEC

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