Química Quàntica

Primer cicle Llicenciatura en Química

Al pla d'estudis de la llicenciatura en Química de la Universitat Jaume I trobem l'assignatura obligatòria Química Quàntica de 4,5 crèdits. No hi ha més Quàntica obligatòria. Quàntica per a què? J.Gribbin escriu en New Scientific (març 1983): "Sense la teoria quàntica no hi hauria enginyeria genètica, ni ordinadors, ni centrals nuclears (o bombes)". I és que coses tan familiars com són la lectura dels còdics barrats als supermercats, dels discs compactes, i, en general, tot allò relacionat amb el fenomen LASER, així com tot el mòn de la informàtica i els xips, etc., són impensables sense la teoria quàntica. Sens dubte vivim a l'era quàntica. La famosa frase d'Einstein It is the theory that decides what we can observe o, amb un major grau de precisió en el llenguatge, el concepte de paradigma científic (T. Khun) podrien definir el moment històric actual en relació amb la teoria quàntica. De la mateixa manera que la teoria quàntica ha revolucionat el mon tecnològic quotidià, des dels supermercats a les centrals d'energia elèctrica, ha revolucionat igualment el món de la química. Una mínima matemàtica i física clàsica en les albardes són necessàries per a inicar el viatge a través d'una de les construccions conceptuals més perfectes, una de les millors obres d'art, que han construït els homes.
Temari:
  1. Introducció als postulats de la teoria quàntica
  2. Imatges clàssiques
  3. Models resolubles exactament
  4. Introducció als sistemes polielectrònics i als mètodes aproximats
  5. Mètodes variacional i pertorbacional
  6. Àtoms
  7. Molècules
  8. El sòlid ordenat: introducció a la teoria de bandes
Bibliografia:

Hi ha uns apunts editats que podeu trobar al servei de fotocòpies on s'inclou la bibliografia de cada tema. Alternativament podeu anar ací on també podeu trobar una llista de problemes senzills que s'haurien de fer sense massa dificultats una volta llegits els temes.

CRITERIS D'AVALUACIÓ

Examen tradicional.

EXAMENS DE CONVOCATÒRIES ANTERIORS

Aquests documents es troben en format PDF. Cal tenir instal·lat a l'ordinador el programa Adobe(R) Acrobat(R) Reader 3.01.

Alguns perquè

Alguns perquè?

Introduïm la mecànica quàntica des de la mecànica ondulatòria perquè, dins la mecànica clàssica, el concepte de pulsació permet una transició contínua des de les ones a les partícules. Podem entendre que la mecànica quàntica pot derivar d'un questionament del concepte d'ona i de partícula. Volem remarcar com les partícules son també descrites ondulatòriament (equació de Schrödinger) i les ones (e.g. radiació electromagnètica, vibracions a una xarxa cristal·lina, etc.) ho són com partícules (podríem parlar de fotons, fonons, etc.).

Fem un èmfasi especial en els models resolubles, perquè, contràriament al que pogués pensar el neòfit, la descripció de l'estructura de la matèria no es realitza a través de la resolució d'una equació de Schrödinger complicadíssima de M cossos, si no que s'analitza en termes de rotors, oscil·ladors, sistemes hidrogenoides, etc.

Utilitzem les com a eines bàsiques els creadors/anihiladors per múltiples raons. Una primera podria ser la simplicitat que aquesta eina permetrà resoldre les regles de selecció vibracionals, rotacionals, de MNR, de SER, etc. quan s'estudie espectroscòpia. Hi ha però, també raons didàctiques, com ara que l'estudi de rotacions via creadors/anihiladors condueix, de manera natural, a fer lloc als moments angulars fraccionaris (en particular introduir l'espin).

Presentem els mètodes aproximats de la mecànica quàntica com una manera sòlida d'anar més enllà del sistema de partícules independents i dels problemes model. No entrem però en descriure els múltiples mètodes de la química quàntica per considerar no essencial el seu coneixement per a entendre la química.

Presentem el tema dels estats estacionaris del àtoms polielectrònics a través d'un procés d'estudi de les simetries aproximades del seu hamiltonià: aquell operador que commuta amb l'hamiltonià representa una magnitud conservada, un número quàntic que co-defineix l'estat estacionari. Una espectroscòpia fina trobarà desdoblaments que deriven de la inclusió de termes petits de l'hamiltonià que trenquen la seva simetria. Creiem que és la millor manera de fer entendre el concepte de número quàntic o simetria aproximada, concepte essencial per a entendre la química quàntica.

Presentem un tema introductori de molècules perquè aquest és un tema molt variat i extens, però l'objectiu ara i ací és ajudar a entendre el que s'estudiarà més endavant en altra assignatures. Seguim doncs, la filosofia general del curs: formar abans que informar. El mateix aplica al darrer tema on fem una introducció molt simple al concepte de banda d'energia en sòlids ordenats.