
Fenòmens Quàntics I
Codi: 106816Crèdits: 6
| Titulació | Tipus | Curs |
|---|---|---|
| Nanociència i Nanotecnologia | OB | 2 |
Professor/a de contacte
- Nom :
- Xavier Solans Monfort
- Correu electrònic :
- xavier.solans@uab.cat
Idiomes dels grups
Podeu consultar aquesta informació al final del document.
Prerequisits
Tot i que l’assignatura no té uns prerequisits específics, es recomanable haver aprovat les assignatures “Enllaç Químic i Estructura de la Matèria”, “Física General: Mecànica i Ones” i “Fonaments de matemàtiques”.
Objectius
Adquisició de coneixements bàsics de Mecànica Quàntica i de la seva aplicació per simular i analitzar les propietats de la matèria a l’escala nanomètrica. El curs està organitzat en tres unitats. A la primera s’introdueixen els fonaments de la descripció quàntica de la matèria. Una segona unitat desenvolupa, introduint aproximacions, aquests fonaments per a convertir-los en una potent maquinària per al càlcul. En la tercera part es mostren les seves aplicacions en la simulació de sistemes nanoscòpics.
Resultats d'aprenentatge
- CM16 (Aplicar els coneixements físics a la resolució de problemes en la nanoescala.) Aplicar els coneixements físics a la resolució de problemes en la nanoescala.
- KM29 (Reconèixer els principis de la mecànica quàntica i la seva aplicació en la descripció de l'estructura i les propietats de la matèria a escala atòmica i molecular.) Reconèixer els principis de la mecànica quàntica i la seva aplicació en la descripció de l'estructura i les propietats de la matèria a escala atòmica i molecular.
- SM27 (Aplicar les eines de la física quàntica i del càlcul computacional a sistemes senzills.) Aplicar les eines de la física quàntica i del càlcul computacional a sistemes senzills.
- SM28 (Reunir, sintetitzar i presentar resultats i conclusions de publicacions científiques.) Reunir, sintetitzar i presentar resultats i conclusions de publicacions científiques.
Continguts
1. Fundamentos
Introducción histórica. Elementos de matemáticas. Postulados de la Mecánica Cuántica. Principio de Incertidumbre de Heisenberg.
2. Aplicación a sistemas con solución analítica:
Partícula en una Caja, Oscilador armónico, Rotor rígido
3. Átomos monoelectrónicos
Átomo de hidrógeno. Momento angular. Orbitales atómicos. Spin.
4.Métodos aproximados y átomos polielectrónicos.
Antisimetría: Principio de Pauli. Determinantes de Slater. Métodos aproximados: Teoría de Variaciones y Teoría de Perturbaciones
5.Estructura molecular. Métodos basados en la función de onda
Aproximación de Born-Oppenheimer. La molécula H2+ y H2. Aproximación de Orbitales Moleculares (OM).
6.El método autoconsistente de Hartree-Fock (HF-SCF).
Energía de un determinante de Slater. Operador de Fock y método autoconsistente. Bases de orbitales atómicos. Ejemplos sencillos
7.Correlación electrónica
Método de interacción de configuraciones (CI). Métodos basados con la teoría del funcional de la densidad (DFT). Teoremas de Hohenberg y Kohn. Aproximación de Kohn-Sham.
Funcionales de intercambio y correlación.
8.Química computacional aplicada a la simulación de sistemas complejos.
Mecánica molecular. Métodos híbridos QM/MM. Simulación de materiales.
Clases prácticas (Laboratorio computacional)
Práctica 1. Estructura electrónica molecular. Método Hartree-Fock. Conjuntos de base. Termoquímica.
Práctica 2. Interacciones supramoleculares. Métodos DFT. Influencia de la correlación electrónica y la dispersión.
Práctica 3. Simulación de reacciones químicas: superficies de energía potencial. Mínimos y estados de transición.
Activitats formatives i Metodologia
| Títol | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|
| Estudi | 75 | 3 | |
| Classes de problemes | 15 | 0,6 | |
| Pràctiques computacionals | 8 | 0,32 | |
| Classes de Teoria | 30 | 1,2 |
La metodologia docent es basa en tres tipus d'activitats: classes de teoria, classes de problemes i sessions pràctiques.
- Classes de Teoria. Es tracta d’una assignatura d’elevat contingut teòric. La teoria de l’assignatura s’exposarà per part del professorat a l’aula, usant materials de suport allà on calgui. Aquest material estarà a disposició de l’alumnat per avançat mitjançant la plataforma Campus Virtual. Addicionalment, es facilitarà material addicional per afavorir l'estudi de l'alumnat.
- Classes de Problemes. La resolució de problemes és un dels principals objectius de l’assignatura. A l’inici del curs es distribuirà a la plataforma Campus Virtual una exhaustiva col·lecció de problemes per tot el curs, juntament amb un formulari i un solucionari. En sessions periòdiques es procedirà a resoldre alguns d’aquests problemes de forma detallada i extensa a classe.
- Sessions de Pràctiques. Totes les pràctiques de l’assignatura són pràctiques de simulació i es realitzen en ordinador. S’han programat tres pràctiques. L’alumnat utilitzarà programari amb llicència per fer càlculs mecanoquàntics d’estructura electrònica de molècules de mida petita i mitjana. En aquesta darrera sèrie de pràctiques s’estudiarà l’estructura molecular, la reactivitat a nivell termodinàmic i la dinàmica de reacció en algunes reaccions senzilles.
Nota: es reservaran 15 minuts d'una classe, dins del calendari establert pel centre/titulació, per a la complementació per part de l'alumnat de les enquestes d'avaluació de l'actuació del professorat i d'avaluació de l'assignatura/mòdul.
Ús de la inteligència artificial (IA)
Ús restringit: “Per a aquesta assignatura, es permet l'ús de tecnologies d'Intel·ligència Artificial (IA) exclusivament en tasques de suport a l'estudi, cerca bibliogràfica o d’informació, la correcció de textos o traduccions. Si s'entrega algún document que contingui contingut generat per IA, l'estudiant haurà d'identificar clarament quines parts han estat generades amb aquesta tecnologia, especificar les eines emprades i incloure una reflexió crítica sobre com aquestes han influït en el procés i el resultat final de l’activitat. La no transparència de l’ús de la IA en aquesta activitat avaluable es considerarà falta d'honestedat acadèmica i pot comportar una penalització parcial o total en la nota de l'activitat, o sancions majors en casos de gravetat.
Avaluació
Activitats d'avaluació continuada
| Títol | Pes | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|---|
| Informes de pràctiques | 15% | 9 | 0,36 | SM27, SM28 |
| Evidències | 15% | 5 | 0,2 | CM16, SM28 |
| Exàmens | 70% | 8 | 0,32 | CM16, KM29 |
L’avaluació de l’assignatura es farà a partir de tres contribucions: exàmens escrits, informes de pràctiques i evidències. D’aquestes tres, és requisit per aprovar l’assignatura haver obtingut una nota mínima de 4,5 sobre 10,0 en els exàmens escrits i un 5.0 de nota global de l’assignatura. Qui no assoleixi aquestes nota mínima no aprova l’assignatura. La nota global de l’assignatura es calcula com:
Nota de l'assignatura= (Parcials · 7.0 + Pràctiques · 1.5 + Evidències ·1.5)/100
- · Continguts Teòrics: Exàmens parcials (70% de la nota final)
Es programaran dos exàmens parcials escrits. Cada examen parcial tindrà el mateix pes en la nota final (35%). La nota d’aquests exàmens pretén reflectir els coneixements teòrics de la matèria assolits per l’alumnat i la seva capacitat per aplicar-lo a la resolució de problemes. A cada prova parcial s’avaluarà el temari cobert durant la part corresponent del curs.
L'alumnat que obtingui més d’un 4.5 de les dues proves parcials i amb això assoleixi un 5.0 de nota global del curs, no s'ha de presentar a la prova de recuperació. En cas contrari s’haurà de presentar obligatòriament a l’examen de recuperació. Tot i així, cal tenir en compte que per participar a la prova de recuperació cal, com a mínim, que l'alumne/alumna s'hagi presentat a un examen parcial, hagi realitzat les pràctiques i entregat al menys una evidència.
Es podrà conservar una de les dues notes parcial a l'examen de recuperació si aquesta és superior a 5. No es podrà assistir a aquesta prova final per pujar nota. A més, podran optar a laqualificació de \"Matrícula d'Honor\" els/les alumnes que hagin obtingut una nota igual o superior a 8 als dos examens parcials.
- Continguts Pràctics. Informes de practiques (15% a la nota final ).
L’assistència a les sessions de pràctiques és obligatòria. La nota de Continguts Pràctics ve determinada per la correcció dels informes de practiques. La nota final de dels informes de practiques serà una mitjana ponderada dels informes.
Aquesta nota no és recuperable.
- Evidències. (15% de la nota final).
Al llarg del curs es proposarà la realització d’evidències relacionades amb el temari que s’hagi anat cobrint. Es tractarà d’exercicis més elaborats que els que s’hagin resolt a classe i que podran requerir de l’ús de coneixements de diferents temes ja estudiats al temari. La nota final d’Evidències serà una mitjana ponderada de les notes.
Avaluació Única
L’assistència a les sessions de pràctiques i la presentació dels informes es obligatori per a tots els/les alumnes independentment de la modalitat d’avaluació a la que s’acullin. A més, l'alumnat que s'hagi acollit a la modalitat d'avaluació única haurà de realitzar una prova final que consistirà en un examen de tot el temari teòric, de problemes i de les evidències de l'assignatura. Aquesta prova es realitzarà el dia en què els estudiants d'avaluació contínua fan l'examen del segon parcial. La qualificació de l'estudiant serà:
Nota de l'assignatura= ( Examen · 8.5 + Pràctiques · 1.5)/100
Si la nota de l’examen no arriba al 4.5 o bé, la nota global no arriba a 5, l'estudiant té una altra oportunitat de superar l'assignatura mitjançant un examen de recuperació. Aquest se celebrarà en la data que fixi la coordinació de la titulació. En aquesta prova es podrà recuperar el 85% de la nota corresponent a la part de la teoria i problemes. Les altres activitats avaluatives no son recuperables.
Frau en el procés d'avaluació
La realització de qualsevol irregularitat en un acte d’avaluació (frau acadèmic, plagi o ús indegut de la IA, tret que aquest ús estigui autoritzat expressament a la guia docent), que pugui conduir a una variació significativa de la qualificació, suposa que aquest acte es qualificarà amb un 0. En cas que la guia docent prevegi que per superar l’assignatura sigui requisit imprescindible haver obtingut una nota mínima en aquest acte d’avaluació o que es produeixin diverses irregularitats en els actes d’avaluació d’una mateixa assignatura, la qualificació final d’aquesta assignatura és 0. Al marge d’això, es podrà instruir un procés disciplinari a l’estudiant que incorri en alguna d’aquestes irregularitats.
Bibliografia
“Molecular Quantum Mechanics” fifth edition, Peter Atkins, Ronald Friedman, Oxford University Press, 2010. ISBN 019-927498-3.
“Química Cuántica”, Joan Bertran, Vicenç Branchadell, Miquel Moreno, Mariona Sodupe, Editorial Síntesis, 2000. ISBN: 84 7738 742 7.
\"Introduction to Quantum Mechanics\" third edition, David J. Griffiths, Darrell F. Schroeter, Cambridge University Press, 2018. ISBN: 9781107189638.
\"Computational Chemistry\", Jeremy Harvey,Oxford University Press, 2018, ISBN: 9780198755500
Programari
Les pràctiques del Laboratori Computacional es duran a terme amb el programa Gaussian 16 pels càlculs i Gausview 6 per la construcció i visualització de molècules.
Grups i idiomes de l'assignatura
La informació proporcionada és provisional fins al 30 de novembre. A partir d'aquesta data, podreu consultar l'idioma de cada grup a través d'aquest enllaç. Per accedir a la informació, caldrà introduir el CODI de l'assignatura
| Tipus de docència | Grup | Idioma | Semestre | Torn |
|---|---|---|---|---|
| (TE) Teoria | 1 | Català | primer quadrimestre | tarda |
| (PAUL) Pràctiques d'aula | 1 | Català | primer quadrimestre | tarda |
| (PLAB) Pràctiques de laboratori | 1 | Català | primer quadrimestre | matí-mixt |
| (PLAB) Pràctiques de laboratori | 2 | Català | primer quadrimestre | matí-mixt |
| (PLAB) Pràctiques de laboratori | 3 | Català | primer quadrimestre | matí-mixt |