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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIHUAHUA

fcq-uac

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS
PROGRAMA DEL CURSO:
QUÍMICA COMPUTACIONAL


DES:

Ingeniería

Programa(s) Educativo(s):

Químico

Tipo de materia (Obli/Opta):

Obligatoria

Clave de la materia:




Semestre:

7

Área en plan de estudios (B, P, E):

P

Créditos

4

Total de horas por semana:

4

Teoría: Presencial o Virtual




Laboratorio o Taller:

4

Prácticas:




Trabajo extra-clase:




Créditos Totales:

4







Total de horas semestre (x 16 sem):

64

Fecha de actualización:

Enero 2016

Prerrequisito (s):

Química Cuántica

Propósito del curso :
Presentar los diversos métodos teóricos para estudiar las propiedades y reactividad química molecular mediante el uso de paquetes comerciales.
Conocer y comprender cómo los métodos teóricos pueden apoyar el trabajo experimental.

COMPETENCIAS


(Tipo y nombre de las competencias)

CONTENIDOS

(Objetos de aprendizaje, temas y subtemas)



RESULTADOS DE APRENDIZAJE



E3. SÍNTESIS Y FORMULACIÓN

Diseña y/o modifica métodos y operaciones encaminados a la elaboración, purificación, formulación y caracterización de sustancias y productos.


P6 INVESTIGACIÓN

Investiga, selecciona y estructura estrategias que permitan resolver problemas específicos del campo profesional del químico


B3 COMUNICACIÓN

Utiliza diversos lenguajes y fuentes de información para comunicarse efectivamente.





1. TEORÍA DE ORBITALES MOLECULARES

1.1 Función de onda.

1.2 Operador Hamiltoniano.

1.2.1 Principio variacional.

1.2.2 Aproximación Born-Oppenheimer.

1.3 Combinación lineal de orbitales atómicos CLOA.

1.4 Función de onda de muchos electrones.
2. FUNCIONES DE BASE

2.1 Tipos de funciones de base.

2.2 Bases polarizadas y difusas.
3. MECÁNICA MOLECULAR

3.1 Ecuación de energía potencial.

3.1.1 Términos de energía potencial.

3.2 Campos de Fuerza.

3.3 Ventajas y desventajas.

3.4 Aplicación de los métodos de Mecánica Molecular.


4. MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS.

4.1 Introducción.

4.2 Método de Hückel y Hückel extendido.

4.3 Métodos MINDO, AM1, PM3, PM5 y PM6.

4.4 Ventajas y desventajas.

4.5 Aplicaciones y comparaciones entre métodos.


5 .Ab-initio.

5.1 Introducción.

5.2 Teoría Hartree-Fock.

5.3 Correlación electrónica.

5.4 Ventajas y desventajas.

5.5 Aplicaciones y comparación entre métodos.


6. TEORÍA DE FUNCIONALES DE LA DENSIDAD (DFT).

6.1 Introducción.

6.2 Teoremas de Hohenber-Kohn.

6.3 Ecuaciones de Kohn-Sham.

6.4 Funcionales de intercambio y correlación.

6.4.1 Aproximación local de la densidad.

6.4.2 Aproximación de gradiente generalizado.

6.5 Tipos de Funcionales.

6.9 Ventajas y desventajas.

6.10 Aplicación y comparación entre funcionales


7. CÁLCULO DE PROPIEDADES QUÍMICAS.

7.1 Optimización de la geometría molecular.

7.1.1 Superficie de energía potencial.

7.2 Frecuencias Vibracionales.

7.1.2 Espectros Infrarrojos (IR).

7.3 Propiedades electrónicas.

7.4 Reactividad Química global y local.

7.5 Propiedades de estado basal.

7.6 Propiedades de estado excitado.

E3

- Aplica la teoría, el modelado molecular y la simulación computacional para la selección de los componentes adecuados en el desarrollo de nuevos compuestos.



- Utiliza los métodos de química computacional y teórica para la interpretación de resultados experimentales.
P6

- Aplica el método científico.

- Selecciona y califica información.
B3

- Desarrolla su capacidad de comunicación verbal y escrita de forma efectiva.

- Habilidades de lectura e interpretación de textos.

- Demuestra dominio básico en el manejo de recursos documentales y electrónicos.

- Recopila, analiza y aplica información de diversas fuentes.

- Maneja y aplica paquetes computacionales para desarrollar documentos y presentaciones.

- Utiliza creativamente la información para atender problemas o tareas específicas.

- Localiza fuentes de información de calidad, aplica principios para la organización de dicha información.




OBJETO DE APRENDIZAJE

METODOLOGIA

(Estrategias, secuencias, recursos didácticos)



EVIDENCIAS DE APRENDIZAJE

O. E. I TEORÍA DE ORBITALES MOLECULARES

O. E. II FUNCIONES DE BASE

1. Adquiere las bases técnicas que le permitirán abordar problemas mediante el uso de la computadora.


Autoaprendizaje (resolución de cuestionarios):

- Estudio Individual

- Tareas Individuales

- Búsqueda y análisis de información

Cuestionario resuelto de forma individual en cuaderno.




O. E. III MECÁNICA MOLECULAR

1. Determina propiedades de un sistema molecular aplicando Mecánica Molecular.


Autoaprendizaje (desarrollo de cálculos):

- Tareas Individuales

- Desarrollo de cálculos teóricos


Aprendizaje colaborativo (elaboración de proyecto):

- Análisis y discusión de grupos

- Tareas en equipo




Presentación de reportes incluyendo los resultados obtenidos de la simulación computacional del sistema molecular seleccionado.


Elaboración de un proyecto para la escritura de un artículo científico incluyendo los resultados obtenidos.

O. E. IV MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS

1. Analiza conceptos de los métodos Semiempíricos.

2. Determina y compara propiedades moleculares aplicando diferentes métodos semiempíricos.

Autoaprendizaje (resolución de cuestionarios):

- Estudio Individual

- Tareas Individuales

- Búsqueda y análisis de información
Autoaprendizaje (desarrollo de cálculos):

- Tareas Individuales

- Desarrollo de cálculos teóricos

Aprendizaje colaborativo (elaboración de proyecto):

- Análisis y discusión de grupos

- Tareas en equipo



Cuestionario resuelto de forma individual en cuaderno.

Presentación de reportes incluyendo los resultados obtenidos de la simulación computacional empleando diferentes métodos semiempíricos.
Elaboración de un proyecto para la escritura de un artículo científico incluyendo los resultados obtenidos.


O. E. V Ab-initio

1. Analiza conceptos de los métodos ab-initio.

2. Analiza y decide dónde, cuándo y el por qué emplear métodos ab-initio.

Autoaprendizaje (resolución de cuestionarios):

- Estudio Individual

- Tareas Individuales

- Búsqueda y análisis de información
Autoaprendizaje (desarrollo de cálculos):

- Tareas Individuales

- Desarrollo de cálculos teóricos

Aprendizaje colaborativo (elaboración de proyecto):

- Análisis y discusión de grupos

- Tareas en equipo




Cuestionario resuelto de forma individual en cuaderno.

Presentación de reportes incluyendo los resultados obtenidos de la simulación computacional empleando el método Hartree-Fock
Elaboración de un proyecto para la escritura de un artículo científico incluyendo los resultados obtenidos.


O. E. VI TEORÍA DE FUNCIONALES DE LA DENSIDAD

1. Conoce y Analiza conceptos básicos de la Teoría de Funcionales de la Densidad.


2. Evalúa, establece comparaciones y decide qué tipo de funcional emplear en el cálculo de propiedades teóricas.


Autoaprendizaje (resolución de cuestionarios):

- Estudio Individual

- Tareas Individuales

- Búsqueda y análisis de información
Autoaprendizaje (desarrollo de cálculos):

- Tareas Individuales

- Desarrollo de cálculos teóricos
Aprendizaje colaborativo (elaboración de proyecto):

- Análisis y discusión de grupos

- Tareas en equipo

Cuestionario resuelto de forma individual en cuaderno.

Presentación de reportes incluyendo los resultados obtenidos de la simulación computacional empleando diferentes funcionales en el cálculo de propiedades teóricas.
Elaboración de un proyecto para la escritura de un artículo científico incluyendo los resultados obtenidos.


O. E. VII CÁLCULO DE PROPIEDADES QUÍMICAS

1. Determina las propiedades moleculares con la ayuda de los paquetes computacionales.

2. Interpreta y analiza los resultados obtenidos, estableciendo comparaciones y elaborando conclusiones propias.

Autoaprendizaje (resolución de cuestionarios y desarrollo de cálculos ):

- Estudio Individual

- Tareas Individuales

- Búsqueda y análisis de información

- Desarrollo de cálculos teóricos



Presentación de reportes incluyendo los resultados obtenidos de la simulación computacional en cálculos de las propiedades químicas de interés.





FUENTES DE INFORMACIÓN

(Bibliografía, direcciones electrónicas)



EVALUACIÓN DE LOS APRENDIZAJES

(Criterios e instrumentos)



Andrés J., Beltrán J. Química Teórica y Computacional. Publicacions de la Universitat Jaume I. Castelló de la Plana. (2000).
Young D. Computational Chemistry. A Practical Guide for Applying Techniques to Real world problems. Wiley – Interscience. Ed. John Wiley & Sons. (2001).
Bertran J., Branchadell V., Moreno M. and Sodupe M. Química Cuántica. Fundamentos y Aplicaciones Computacionales. Ed. Síntesis. (2000).
Foresman James B., Frisch Æleen. 1996. Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods. Segunda Edición. Gaussian Inc. Pittsburg PA.
Pearson, R. G. Chemical Hardness. Ed. John Wiley & Sons (1997).
Jensen F. Introduction to Computational Chemistry. Ed. John Wiley & Sons (1999).
Cramer Christopher J. Essentials of Computacional Chemistry. Theories and Models. Segunda Edición. Ed. John Wiley & Sons, Ltd. (2004).
Física del Estado Sólido: Teoría y Métodos Numéricos, Francisco Dominguez-Adame, Ediciones Paraninfo. (2000).
Molecular Dynamics Simulation: Elementary Methods, J. M. Haile, Wiley (1997).
Methods for the numerical solution of partial differential equations, Dale U. Von Rosenberg, Publishing division (1977).

Continua:

- Participación diaria.

- Resolución de problemas numéricos

- Presentación de reportes.

- Investigación diaria.

- Realización de tareas asignadas.


Reconocimientos parciales:

- Evaluación Escrita.

- Actividades integradoras y de aplicación de conocimientos.
Reconocimiento final:

- Presentación de un artículo de investigación presentando los resultados obtenidos de la simulación computacional del sistema molecular seleccionado.


Criterios de evaluación:

1. Sistemas moleculares de interés.

2. Justificación acerca de la importancia y relevancia del sistema molecular seleccionado.

3. Fundamentos teóricos.

4. Aplicación de los conocimientos adquiridos durante el curso de Química Teórica y Computacional

5. Determinación teórica de la mayor cantidad posible de propiedades moleculares.

6. Discusión de resultados.

7. Conclusión



8. Aporte científico.


Cronograma del avance programático


Objetos de aprendizaje

Semanas

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

O. E. I ORBITALES MOLECULARES

X














































O. E. II FUNCIONES BASE




X

X








































O. E. III MECÁNICA MOLECULAR










X

X


































O. E. IV SEMIEMPÍRICOS
















X

X

X

























O. E. V Ab-inito

























X

X

X
















O. E. VI DFT


































X

X

X







O. E. VII PROPIEDADES QUÍMICAS











































X

X



F.C.Q. Versión 1.0 2016


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