CINÉTICA Y DINÁMICA DE LAS REACCIONES QUíMICAS

OPTATIVA, 1º CUATRIMESTRE, 6 CRÉDITOS

OBJETIVOS:
La Cinética Química estudia la velocidad con que transcurren las reacciones químicas y como ésta depende de factores como la concentración, la temperatura, la presión o el pH. Esta información permite determinar los mecanismos de reacción. Además, la combinación de resultados experimentales con las teorías de la reacción química permite conocer como dependen las propiedades cinéticas de la naturaleza de las especies reactivas de modo que pueden predecirse las propiedades de una reacción química en condiciones en las que no existe información experimental.
La información obtenida en cinética tiene su proyección en el diseño de reactores químicos, la determinación de mecanismos de reacción y optimización de vías sintéticas o la modelación de procesos de relevancia medioambiental o industrial.
En esta asignatura se pretende que el alumno profundice en los conocimientos básicos de cinética y que desarrolle habilidades relacionadas con los métodos teóricos y experimentales para el análisis cinético de mecanismos de reacción, la determinación y predicción de constantes cinéticas, y las relaciones entre estructura y reactividad. Asimismo se pretende introducir a los alumnos en los métodos dinámicos y algunas aplicaciones de interés como la Química Atmosférica o la Química de la Combustión.

PROGRAMA TEÓRICO Y PRÁCTICAS DE AULA:
Tema 1. Conceptos básicos. Cinética macroscópica y cinética microscópica. Velocidad de reacción. Orden de reacción y molecularidad. Constante cinética. Reacciones elementales y complejas. Catálisis e inhibición.
Tema2. Dependencia de la constante cinética con la temperatura. La ecuación de Arrhenius y sus limitaciones. La ecuación de Kooij. Interpretación estadística de la energía de activación: el teorema de Tolmann y la expresión de Fowler-Guggenheim.
Tema 3. Mecanismos de reacción y ecuaciones cinéticas. Tipos de reacciones complejas. Reacciones reversibles. Reacciones paralelas. Reacciones consecutivas. Reacciones en cadena.
Tema 4. Métodos aproximados para el análisis de mecanismos. La aproximación del estado estacionario. La aproximación del cuasi-equilibrio y la etapa limitante de velocidad. Limitaciones de los métodos aproximados. Aplicación a mecanismos de diversas reacciones inorgánicas y orgánicas.
Tema 6. Técnicas computacionales para el análisis de mecanismos. Integración numérica de las ecuaciones cinéticas. Análisis de mecanismos de reacción.
Tema 7. Técnicas experimentales en cinética macroscópica. Modelos y medidas, ¿cómo contrastar un mecanismo?. Métodos para el estudio de cinéticas lentas y rápidas. Tratamiento de datos cinéticos. Análisis de sensitividad.
Tema 8. Potenciales de interacción. La aproximación de Born-Oppenheimer. Potenciales intermoleculares. Moléculas diatómicas. Camino de mínima energía, coordenadas de reacción y superficies de energía potencial de reacciones. Estudio de la superficie de energía potencial de reacciones elementales (online)
Tema 9. Teorías de la reacción química: métodos dinámicos. La teoría de colisiones simple. Correcciones. Simulación de colisiones moleculares con métodos dinámicos.
Tema 10. Teorías de la reacción química: métodos estadísticos. Postulados de la teoría canónica del estado de transición. La expresión de CTST para k(T). Limitaciones de la CTST. Aplicación al cálculo de constantes cinéticas, correlaciones de entalpía libre y efectos de sustitución isotópica.
Tema 11. Reacciones uní moleculares. Características. La teoría de Lindemann-Hinselwood. La teoría RRKM. Aplicación al cálculo de constantes cinéticas.
Tema 12. Sistemas multicomponentes. Cinéticas de polimerización. Procesos de combustión. Química de la Atmósfera.

PROGRAMA DE PRÁCTICAS EN LABORATORIO Y CAMPO:
Utilización de Internet para la consulta de bases de datos y obtención de información relevante en Cinética y Dinámica de reacciones.
Aplicación de los métodos de simulación para el estudio de mecanismos de reacción.
Cálculo de constantes cinéticas mediante la teoría CTST.

SISTEMA DE EVALUACIÓN:
Evaluación continúa: prácticas de aula, ejercicios prácticos y trabajos tutelados, y exámenes.

BIBLIOGRAFÍA BÁSICA:
J. Bertrán Rusca y J. Núñez Delgado (coordinadores),. Química Física , vols.I y II, Ariel Ciencia, Madrid, 2002.
Ira N. Levine, Fisicoquímica, Mc Graw-Hill, Madrid, 2004
Ángel González Ureña, Cinética Química, Editorial Síntesis, Madrid, 2001
P. L. Houston, Chemical Kinetics and Reaction Dynamics, Mc Graw Hill, 2001
Michael J. Pilling and Paul W. Seakins., Reaction Kinetics, Oxford University Press, 1995
Juan Figueruelo Alejano y Martín Marino Dávila, Química Física del Medio Ambiente y de los procesos medioambientales, Reverté, 2004.