Datos Identificativos 2022/23
Asignatura (*) Fundamentos de Cuántica Código 610G04015
Titulación
Grao en Nanociencia e Nanotecnoloxía
Descriptores Ciclo Período Curso Tipo Créditos
Grao 1º cuadrimestre
Segundo Obrigatoria 6
Idioma
Castelán
Galego
Inglés
Modalidade docente Presencial
Prerrequisitos
Departamento Química
Coordinación
Garcia Dopico, Maria Victoria
Correo electrónico
victoria.gdopico@udc.es
Profesorado
Fernandez Perez, Maria Isabel
Garcia Dopico, Maria Victoria
Correo electrónico
isabel.fernandez.perez@udc.es
victoria.gdopico@udc.es
Web http://https://campusvirtual.udc.gal/course/view.php?id=15391
Descrición xeral A química é unha disciplina que se encarga de estudar a materia, as súas propiedades, transformacións e a súa interacción coa radiación electromagnética e, este estudo implica ser capaz de describir o comportamento dos elementos básicos que compoñen a materia (electróns e núcleos atómicos) a nivel microscópico. E é ao que nos dedicaremos neste tema, a descubrir as leis da mecánica que nos permiten explicar o comportamento das partículas microscópicas, xa que non obedecen ás leis da física clásica senón á mecánica cuántica pouco intuitiva.
É esencial saber aplicar rigorosamente os seus principios para derivar as leis que rexen a materia, a súa estrutura, os tipos de enlaces e as súas transformacións e ver como teñen importantes consecuencias a nivel macroscópico. Unha vez que coñezamos as bases da mecánica cuántica, introduciremos os fundamentos da mecánica estatística que serve de ponte para calcular as propiedades macroscópicas da materia empregando a mecánica cuántica.
Todos os conceptos destas novas mecánicas aplicaranse para simular e analizar as propiedades da materia a escala nanoscópica.

Competencias do título
Código Competencias do título
A1 CE1 - Comprender los conceptos, principios, teorías y hechos fundamentales relacionados con la Nanociencia y Nanotecnología.
A2 CE2 - Aplicar los conceptos, principios, teorías y hechos fundamentales relacionados con la Nanociencia y Nanotecnología a la resolución de problemas de naturaleza cuantitativa o cualitativa.
A3 CE3 - Reconocer y analizar problemas físicos, químicos, matemáticos, biológicos en el ámbito de la Nanociencia y Nanotecnología, así como plantear respuestas o trabajos adecuados para su resolución, incluyendo el uso de fuentes bibliográficas.
A7 CE7 - Interpretar los datos obtenidos mediante medidas experimentales y simulaciones, incluyendo el uso de herramientas informáticas, identificar su significado y relacionarlos con las teorías químicas, físicas o biológicas apropiadas.
B1 CB1 - Que los estudiantes hayan demostrado poseer y comprender conocimientos en un área de estudio que parte de la base de la educación secundaria general, y se suele encontrar a un nivel que, si bien se apoya en libros de texto avanzados, incluye también algunos aspectos que implican conocimientos procedentes de la vanguardia de su campo de estudio
B2 CB2 - Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio
B3 CB3 - Que los estudiantes tengan la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética
B4 CB4 - Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado
B5 CB5 - Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía
B6 CG1 - Aprender a aprender
B7 CG2 - Resolver problemas de forma efectiva.
B8 CG3 - Aplicar un pensamiento crítico, lógico y creativo.
B9 CG4 - Trabajar de forma autónoma con iniciativa.
B11 CG6 - Comportarse con ética y responsabilidad social como ciudadano/a y como profesional.
B12 CG7 - Comunicarse de manera efectiva en un entorno de trabajo.
C1 CT1 - Expresarse correctamente, tanto de forma oral coma escrita, en las lenguas oficiales de la comunidad autónoma
C2 CT2 - Dominar la expresión y la comprensión de forma oral y escrita de un idioma extranjero
C3 CT3 - Utilizar las herramientas básicas de las tecnologías de la información y las comunicaciones (TIC) necesarias para el ejercicio de su profesión y para el aprendizaje a lo largo de su vida
C4 CT4 - Desarrollarse para el ejercicio de una ciudadanía respetuosa con la cultura democrática, los derechos humanos y la perspectiva de género
C7 CT7 - Desarrollar la capacidad de trabajar en equipos interdisciplinares o transdisciplinares, para ofrecer propuestas que contribuyan a un desarrollo sostenible ambiental, económico, político y social.
C8 CT8 - Valorar la importancia que tiene la investigación, la innovación y el desarrollo tecnológico en el avance socioeconómico y cultural de la sociedad
C9 CT9 - Tener la capacidad de gestionar tiempos y recursos: desarrollar planes, priorizar actividades, identificar las críticas, establecer plazos y cumplirlos

Resultados de aprendizaxe
Resultados de aprendizaxe Competencias do título
Coñecer os principios da mecánica cuántica A1
A2
A3
A7
B2
B6
B8
B9
B11
C1
C2
C3
Coñecer os principios da mecánica estatística A1
A2
A3
A7
B1
C2
Aplicar os contidos teóricos adquiridos á explicación de fenómenos experimentais A1
A2
A3
A7
B1
B2
B3
B4
B6
B7
B8
C1
C2
C3
C8
Saber aplicar os principios da mecánica cuántica para describir a estrutura e propiedades de átomos e moléculas A1
A2
A3
A7
B1
B2
B3
B4
B5
C2
C3
C7
C9
Adquirir habilidades no manexo e busca de bibliografía relacionada cos contidos da materia. A1
A2
A3
A7
B1
B2
B9
B12
C1
C2
C4
C8

Contidos
Temas Subtemas
1. Introducción á Mecánica Cuántica: Postulados - Antecedentes históricos
- Postulados da Mecánica Cuántica
- Ecuación de Schröndinger independente do tempo
- Importancia dos postulados: principios de correspondencia, incerteza de Heisenberg e superposición de estados
2. Movemento de traslación: modelo da partícula nunha caixa - A partícula libre
- A partícula nunha caixa unidimensional: funcións de onda e niveis de enerxía.
- A partícula nunha caixa de dous e tres dimensións: separación de variables e dexeneración.
- Efecto túnel
- Aplicacións da partícula nunha caixa. Pozos cuánticos, fíos cuánticos e puntos cuánticos
3. Movemento de vibración: modelo do oscilador harmónico - Tratamento clásico do oscilador harmónico
- Tratamento do oscilador cuántico: Funcións de onda: polinomios hermites.
- Enerxía vibratoria: niveis de enerxía.
- O oscilador harmónico como modelo da vibración das moléculas.
- Anharmonicidade.
4. Movemento de rotación: modelo do rotor ríxido - Momento angular na mecánica clásica.
- Momento angular en mecánica cuántica: Funcións de onda: polinomios de Legendre. Harmónicos esféricos.
- O rotor ríxido de dúas partículas: enerxía rotacional: niveis de enerxía.
- Cuantización do momento angular.
5. Átomos hidroxenoides - Resolución da ecuación de Schrödinger para o átomo de hidróxeno ou ión.
- Funcións de onda radial e angular.
- Niveis de enerxía.
- Orbital atómico.
- Función de distribución radial.
- Funcións de onda reais: representación radial e angular.
- Efecto Zeeman.
6. Métodos aproximados - Resolución da ecuación de Schrondinger en sistemas de interese químico
- Método de perturbación.
- Método de variacións: teorema de variación.
- Funcións variacionais lineais: ecuacións seculares.
- Aplicacións de métodos aproximados á química cuántica
7. Átomos polielectrónicos - Estudo do átomo de helio.
- Orbitais Slater
- Método de campo autoconsistente de Hartrree-Fock
- Momento angular de xiro.
- Configuración electrónica
- Antisimetría: principio de exclusión de Pauli.
- Táboa periódica.
- Momento angular orbital total: acoplamientos espín-órbita e jj
- Regras de Hund
- Espectroscopia atómica. Termos atómicos. Regras de selección.
- Paramagnetismo atómico
8. O enlace químico. Introducción ó estudo das moléculas - O hamiltoniano molecular
- Aproximación Born-Oppenheimer.
- Teoría dos orbitais moleculares e teoría dos enlaces de valencia.
- Aplicación do método orbital molecular ao ión da molécula de hidróxeno.
- Orbitais moleculares: unión e anti-enlace.
- Moléculas diatómicas homonucleares.
- Moléculas diatómicas heteronucleares.
- Enlace polar: electronegatividade
9. Métodos semiempíricos - Ab initio e métodos semiempíricos.
Método Hartree-Fock. Conxuntos base. Correlación electrónica. Método de interacción de configuración. Métodos funcionais de densidade.
- Aproximación pi-electrónica.
- Método de electróns libres (FEMO).
- Teoría orbital molecular aplicada a moléculas conxugadas e aromáticas: enfoque de Hückel.
10. Fundamentos de Mecánica Estadística - Fundamentos do método mecanoestadístico.
- Bases da termodinámica estatística.
- Estudo termodinámico estatístico de gases ideais.
- Interpretación estatística das propiedades termodinámicas dos sólidos.

Planificación
Metodoloxías / probas Competencias Horas presenciais Horas non presenciais / traballo autónomo Horas totais
Sesión maxistral A1 A2 B1 B6 B9 C2 C3 32 50 82
Seminario A1 A2 A3 A7 B1 B2 B3 B5 B7 B8 B9 C2 C3 16 36 52
Traballos tutelados A1 A2 A3 A7 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B11 B12 C1 C2 C3 C4 C7 C8 C9 0 12 12
Proba mixta A1 A2 A3 A7 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B12 C1 C2 C3 3 0 3
 
Atención personalizada 1 0 1
 
*Os datos que aparecen na táboa de planificación son de carácter orientativo, considerando a heteroxeneidade do alumnado

Metodoloxías
Metodoloxías Descrición
Sesión maxistral • Duración de aproximadamente unha hora e se impartirán no horario aprobado pola xunta do centro.
• As clases serán do tipo lección maxistral nas que o/a profesor/a presentará os temas de la asignatura co apoio dos medios audiovisuales necesarios, indicando os/as alumnos/as o máis importante a ter en conta á hora do estudio e recomendándoles capítulos dos libros máis adecuados para a súa maior compresión.
• Incentivarase a participación do/a estudante nas clases, non obstante, nas clases de seminario e titorías, o/a alumno/a ten máis oportunidade para resolver todas aquelas dúbidas que lle tiveran xurdido durante o seu estudio.
• O/a profesor/a facilitará o acceso dos/as estudantes a todo o material audiovisual utilizado nas clases, así como outro tipo de material complementario, para que lles sirva na súa aprendizase. O acceso os devanditos materiais será ben a través da Campus virtual da Universidade ou ben a través do servicio de reprografía do centro.
Seminario •Actividade a desenvolver en grupos reducidos, onde resolveranse cuestións e problemas relacionados cos contidos da materia, con apoio e supervisión directa do profesor.
•Plantearanse casos prácticos ou ben resolveranse dúbidas.

Traballos tutelados •Actividades en grupo que pretenden promover a aprendizaxe autónoma dos estudantes, baixo a tutela do profesor.
•Propóñerase actividades relacionadas con contidos de interés da materia. Os grupos terán unha capacidade máxima de 4 persoas
Programa Green Campus - Facultade de Ciencias

Para axudar a conseguir un esquema sostible inmediato dos traballos que se realizan nesta materia:
a. Solicitaranse principalmente en formato virtual e soporte informático.
b. Se se fai en papel:
- Non se utilizarán plásticos.
- Empregarase papel reciclado.
- Evitarase a realización de borradores.
Proba mixta •Exame final de ata 3-4 horas de duración que terá preguntas curtas, de resposta múltiple e problemas. Avalíarase a aprendizaxe asociada a todos os contidos desenvolvidos na materia.
•Realizarase nas datas aprobadas pola Xunta de Facultade do Centro.

Atención personalizada
Metodoloxías
Traballos tutelados
Descrición
•Resolveranse as dúbidas que poida ter o/a estudante en canto á teoría impartida nas leccións maxistrales, en resolución de problemas.
•Igualmente orientarase o estudante, de xeito persoalizado, na estratexia de estudo da asignatura.
•As titorías, en grupo ou personais, realizaranse no despacho das profesoras e/ou a través da aplicación TEAMS. Igualmente poderán realizarse empregando o campus virtual e/ou correo electrónico.
•No caso dos traballos tutelados, cada grupo de estudantes deberá concertar unha titoría presencial coas profesoras para discutir a actividade non presencial proposta.



Avaliación
Metodoloxías Competencias Descrición Cualificación
Traballos tutelados A1 A2 A3 A7 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B11 B12 C1 C2 C3 C4 C7 C8 C9 •Actividades en grupo que pretenden promover a aprendizaxe autónoma dos estudantes, baixo a tutela do profesor.
•Propóñerase actividades relacionadas con contidos de interés da materia.
•Os grupos terán unha capacidade máxima de 4 persoas

• O traballo implica:

o Presentación oral onde se evaluará:
1.- Calidade da información contida na presentación.
2.- Habilidades amosadas na presentación, aptitudes de comunicación.
3.- Capacidade para defende-lo traballo presentado: obxetivo, ideas, desenrolo e argumentos.
4.- Presentación: claridade na exposición, vocabulario adecuado e coidado da ortografía
5.- Resposta/defensa das preguntas platexadas durante a exposición

o Informe do traballo que inclúe a análise crítica dos resultados

20
Proba mixta A1 A2 A3 A7 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B12 C1 C2 C3 •Exame final de ata 3-4 horas de duración que constará de duas partes: unha de corte (50%) que inclúe preguntas de resposta breve, tipo test e/ou de ensaio; e outra de solución de problemas (50%) na que evaluará-se a habilidade na aplicación dos contidos teóricos para a resolución de problemas numéricos.
• Terá lugar nas datas aprobadas por la Junta de Profesorado del Centro.
80
 
Observacións avaliación
  • Requisitos para aprobar a materia:
  • -         
    Para superar a materia é necesario acadar unha
    cualificación mínima de 4 (sobre un máximo de 10) en cada unha das partes da proba mixta. A misma calificación mínima será exixida para os traballos tutelados.
  • -          En calquera das dúas oportunidades de non alcanzarse a cualificación mínima de 4 nas
    probas anteriores, a materia figurará como suspensa, aínda que a media obtida coas distintas metodoloxías sexa superior a 5 (sobre un
    máximo de 10). Neste caso a cualificación final outorgada será de 4 (sobre 10).
  • Cualificación
    "non presentado":
  • Cualquer estudante que realice actividades avaliables considérase como presentado sempre e cando as mesmas representen máis do cuarenta por cento da nota global
  •  Segunda
    oportunidade:
  •  A segunda oportunidade en xullo enténdese como una segunda
    oportunidade de realización da proba mixta final. Consecuentemente, mantéñense as cualificacións obtidas do traballo tutelado, mentres que a cualificación da proba mixta da segunda oportunidade substituirá a obtida na proba mixta da primeira oportunidade. É dicir os traballos tutelados non serán evaluados de novo na segunda oportunidade 
Sucesivos cursos académicos: O proceso de ensinanza-aprendizaxe, incluida a avaliación, refírese a un curso académico, e polo tanto volta a comenzar de cero co novo curso, é dicir ningunha das cualificacións obtidas durante un curso académico manteránse para o seguinte. 
Matrícula de honra: No caso de que haxa varios estudantes, con idéntica cualificación numérica, que poidan optar á matrícula de honra, se lles convocará a unha proba escrita sempre e cando o número de matrículas as que se poida optar sexa inferior ó de estudantes na devandita situación. Compre sinalar  que na segunda oportunidade podera-se optar á matrícula de honra si o número máximo de éstas non se ten cuberto en sua totalidade na primera oportunidade
Alumnado con recoñecemento de adicación a tempo parcial e dispensa académica de exención de asistencia: É necesario que o alumnado informe as profesoras ó principio do curso da sua situación. Son de aplicación, para ámbalas duas oportunidades, os anteriores criterios de avaliación 
Plaxio e fraude na realización de tarefas e/ou probas. Será de aplicación o recollido na normativa da Universidade da Coruña no Artigo 14 das “Normas de avaliación, revisión e reclamación das cualificacións dos estudis de grao e máster universitario (CG 19/12/2013, modificado polo CG 30/04/2014, polo CG 24/07/2014, polo CG 29/01/2015, CG 28/09/2016 e CG 29/06/2017

Durante a realización das proba obxectiva e
mixta, en calquera de ambas oportunidades, agás que se indique o contrario,
está prohibido o uso de calquer dispositivo con acceso a Internet.  Pese a que non se aconsella traer ditos
dispositivos á devandita actividade, poderá habilitarse un espazo para o seu
almacenamento, sen que elo implique ningún tipo de responsabilidade por parte
da UDC, da Facultade ou dos profesores presentes durante a proba obxectiva. Se
durante a realización da proba obxectiva, hai indicios do uso deses
dispositivos, automaticamente o/a estudante será expulsado do aula, a proba obxectiva
cualificada con suspenso e se informará por escrito á dirección do centro
segundo establece a normativa correspondente.

Fontes de información
Bibliografía básica
  • ·       ENGEL, T; REID, P. (2006). QUÍMICA FÍSICA. Pearson Addison Wesley
  • ·       ENGEL, T REID,P. (2019). PHYSICAL CHEMISTRY, QUANTUM CHEMISTRY AND SPECTROSCOPY. Pearson Education
  • ·       ATKINS, P.W. (2008). QUÍMICA FÍSICA. Panamericana
  • ·       ATKINS, P.W., JULIO DE PAULA, JAMES KEELER (2018). PHYSICAL CHEMISTRY. Oxford University Press
  • ·       McQUARRIE (1997). PHYSICAL CHEMISTRY. University Science Books
  • ·       Vladimir V. Mitin, Dmitry I. Sementsov, Nizami Z. Vagidov, (2010) Quantum Mechanics for Nanostructures, Cambrige University Press
  • ·       P. W. Atkins, R. Friedman, Molecular Quantum Mechanics, 5th Ed., Oxford, 2010
Bibliografía complementaria
  • · LOWE (2006). QUANTUM CHEMISTRY 3ª Ed.. Elsevier
  • · RAFF, L.M. (2001). PRINCIPLES OF PHYSICAL CHEMISTRY. Prentice Hall
  • · HERNANDO, J. M. (1974). PROBLEMAS DE QUÍMICA FÍSICA. Gráficas Andrés Martín
  • · McQUARRIE (2008). QUANTUM CHEMISTRY. University Science Books
  • · LEVINE, I.N. (2001). QUIMICA CUÁNTICA 5ª ed. Prentice Hall
  • · LEVINE, I.N. (2004). FISICOQUÍIMICA 5ª edición. McGraw-Hill
  • · James R. Chelikowsky, (2019) Introductory Quantum Mechanims with MatLab, Wiley
  • · Cruz, Chamizo, Garritz, (1987), Estructura atómica, Addisson Wesley iberoamericana

Recomendacións
Materias que se recomenda ter cursado previamente
Electricidade e Magnetismo/610G04007
Fundamentos de Matemáticas/610G04001
Ampliación de Cálculo/610G04009
Química: Enlace e Estrutura/610G04005
Mecánica e Ondas/610G04002

Materias que se recomenda cursar simultaneamente

Materias que continúan o temario
Nanociencia e Nanotecnoloxía Computacional/610G04034
Computación Cuántica/610G04035
Estado Sólido/610G04022
Espectroscopía/610G04017

Observacións
Recoméndase o/a estudiante repasa-los conceptos teóricos introducidos nas clases de teoría mediante a resolución de cuestións e exercicios propostos que figuran o final de cada tema nos libros recomendados.

Desaconséllase estudiar ÚNICAMENTE polos apuntes de clase que NUNCA deben substituir á consulta de cualquera dos libros recomendados.

Pode resultar moi ÚTIL empregar as horas de titoría para clarexar as dúbidas e profundizar nos coñecementos asociados á asignatura. 
Programa Green Campus - Facultade de Ciencias

Para axudar a conseguir un esquema sostible inmediato os traballos / documentos /exames que se realizan nesta materia:
a. Solicitaranse principalmente en formato virtual e soporte informático.
b. Se se fai en papel:
- Non se utilizarán plásticos.
- Empregarase papel reciclado.
- Evitarase a realización de borradores.


(*)A Guía docente é o documento onde se visualiza a proposta académica da UDC. Este documento é público e non se pode modificar, salvo casos excepcionais baixo a revisión do órgano competente dacordo coa normativa vixente que establece o proceso de elaboración de guías