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Máster Universitario en Química y Desarrollo Sostenible

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Química de Superficies: Funcionalización y Caracterización

Código asignatura
MQDESO01-1-007
Curso
Primero
Temporalidad
Segundo Semestre
Carácter
Optativa
Créditos
3
Pertenece al itinerario Bilingüe
No
Actividades
  • Prácticas de Aula/Semina (6 Horas)
  • Clases Expositivas (17 Horas)
Guía docente

“Química de Superficies: Funcionalización y caracterización”. Es una asignatura optativa de 3 créditos que se imparte en el segundo semestre. Esta asignatura forma parte de la materia “Técnicas de Caracterización  de Moléculas, Sólidos y Superficies”, módulo 2 del Máster Universitario en Química y Desarrollo Sostenible.

La asignatura será impartida por siguientes profesores:

  • Pascale V. Crochet, Profesora Titular del Departamento de Química Orgánica e Inorgánica de la Universidad de Oviedo.
  • J. Ignacio Paredes Nachón, Científico Titular del Instituto de Ciencia y Tecnología del Carbono (INCAR, CSIC).

Los aspectos básicos de esta asignatura están orientados al conocimiento de las propiedades de superficie de los sólidos, profundizando en el estudio de los fenómenos que ocurren en la interfase, así como en el significado e importancia de la superficie de los sólidos con vistas a sus posibles aplicaciones. Se abordará el estudio de la reactividad química superficial de diferentes tipos de materiales sólidos, y se analizarán distintos métodos que permiten funcionalizar su superficie, con la consiguiente modificación de sus propiedades. Asimismo, se estudiarán diferentes técnicas analíticas necesarias para poder llevar a cabo una correcta caracterización de la superficie.

Las competencias específicas que se espera que el estudiante adquiera, están en consonancia con las competencias generales descritas en los objetivos del Master:

El alumno conocerá, comprenderá y será capaz de aplicar:

1)     Los distintos aspectos teóricos relativos al conocimiento de las propiedades de superficie de sólidos de distinta naturaleza (metales, óxidos inorgánicos, biomateriales, polímeros, etc).

2)      Los métodos físico-químicos adecuados para llevar a cabo la funcionalización de la interfase de los mismos.

3)     Se pretende que el alumno adquiera competencias en la interpretación de la información que proporcionan distintas técnicas de caracterización de superficies sólidas, así como de resolver problemas relativos a la caracterización e identificación de distintos materiales sólidos.

4)     El alumno será capaz de conjugar los conocimientos derivados del estudio de los aspectos teóricos con la información derivada del trabajo experimental y formular las conclusiones que de ello se deriven, debiendo ser capaz de plasmarlas en un informe escrito, así como comunicarlas de forma oral.

Los exigidos en la memoria oficial del Máster Universitario en QUÍMICA Y DESARROLLO SOSTENIBLE.

Competencias básicas

CB6. Poseer y comprender los conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación.

CB7. Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.

CB8. Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios.

CB9. Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades.

CB10. Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida auto dirigido o autónomo.

Competencias generales

CG2.  Relacionar el método de síntesis, la estructura y la composición de las especies químicas con sus propiedades.

CG3. Interpretar y analizar datos complejos que contribuyan a la caracterización de especies químicas.

CG4. Reconocer y evaluar la calidad de los resultados teóricos y prácticos utilizando las herramientas adecuadas.

CG5. Utilizar correctamente los métodos inductivo y deductivo en el ámbito de la Química.

CG8.  Analizar y sintetizar literatura científica relacionada con la materia.

CG9.  Presentar informes de modo oral y escrito.

CG11. Relacionar la Química con otras disciplinas.

CG12.  Interpretar datos procedentes de observaciones y medidas de laboratorio en términos de significado y la teoría que soporta.

Competencias específicas

CE12.  Identificar la técnica o técnicas más adecuadas para caracterizar una especie química  según su naturaleza.

CE13. Conocer las ventajas, los inconvenientes y las limitaciones de las diferentes técnicas de caracterización.

CE15. Diseñar los diferentes experimentos y condiciones de análisis para elucidar la estructura de nuevas especies químicas y para la detección y caracterización de intermedios de reacción.

CE16.  Manejar instrumentación y procesar los datos correspondientes que se puedan generar.

Los objetivos planteados se traducen en los siguientes RESULTADOS DE APRENDIZAJE:

R4.  Elaborar y presentar correctamente un informe, tanto de forma oral como escrita.

R5.  Exponer y debatir ideas relacionadas con los contenidos del módulo.

R6.  Demostrar conocimiento y comprensión de los fundamentos de las técnicas de caracterización de especies químicas. 

R7.  Demostrar destreza en el manejo de los espectrómetros y microscopios de modo independiente.

R8.  Mostrar capacidades de extraer la información estructural proporcionada por las diferentes técnicas.

R9.  Mostrar capacidad para seleccionar la técnica o técnicas más apropiadas para resolver un problema estructural concreto.

Tema 1. Introducción a la Química Física de superficies. Significado e importancia de la superficie para diferentes tipos de sólidos: Metales, cerámicas, sólidos moleculares, semiconductores, polímeros y biomateriales.

Tema 2. Reactividad química superficial: Diseño de procesos de funcionalización de superficies en sólidos. Funcionalización de sólidos mesoestructurados y nanoestructurados.

Tema 3. Técnicas espectroscópicas para la caracterización de superficies y nanoestructuras: Visión de conjunto y campo de aplicación de las diversas técnicas. Espectroscopia XPS y Auger: Fundamentos, adquisición e interpretación del espectro.

Tema 4. Caracterización de la superficie de los sólidos mediante técnicas basadas en interfases gas - sólido: Isotermas de adsorción-desorción. Métodos de determinación de porosidad y superficie específica. Porosimetria de intrusión de mercurio.

Tema 5. Técnicas de microscopia: Microscopías de efecto túnel y fuerza atómica (AFM/STM). Fenómenos físicos subyacentes en AFM/STM. Principios de operación y componentes principales de los microscopios. Aspectos prácticos de las medidas en STM/AFM.

Las metodologías a emplear son las recogidas en la memoria de verificación para el módulo y la materia a la que pertenece la asignatura.

La presencialidad es del 30% y las actividades formativas presenciales constan de:

  1. Clases expositivas (CE)
  2. Prácticas de aula (PA)
  3. Sesiones de evaluación

La docencia de esta asignatura incluye 3 horas de prácticas (PA)  que se realizarán en el Instituto de Ciencia y Tecnología del Carbono (INCAR, CSIC) en La Corredoria (Calle/ Francisco Pintado Fe, 26).

Actividades no presenciales:

  1. Trabajo autónomo
  2. Trabajo en grupo

        TRABAJO PRESENCIAL

           TRABAJO NO  PRESENCIAL

Temas

Horas totales  

Clase Expositiva  

Prácticas

de aula 

 

Sesiones de

Evaluación  

Total  

 

Trabajo

autónomo  

Total  

Tema 1

  4

  2

 

  2

 

  2

  2

Tema 2

  17

  3

 

  3

 

  14

  14

Tema 3

  20

  4

  1

 

  5

 

  15

  15

Tema 4

  16

  3

  1

 

  4

 

  12

  12

Tema 5

  18

  4

  3

 

  2

  9

 

  9

  9

Total

  75

  16

  5

 

  2

  23

 

  52

  52

    MODALIDADES

Horas

%

Totales

  Presencial

  Clases Expositivas

  16

  21,33

  30,65

  Práctica de aula / Talleres

  5

  6,66

  Prácticas de laboratorio

  Prácticas clínicas hospitalarias

  Tutorías grupales

  Prácticas Externas

  Sesiones de evaluación

  2

  2,66

No presencial

  Trabajo en Grupo

  69,33

  Trabajo Individual

  52

  69,33

  Total

  75

De forma excepcional, si las condiciones sanitarias lo requieren, se podrán incluir actividades de docencia no presencial. En cuyo caso, se informará al estudiantado de los cambios efectuados.

El sistema de evaluación, acorde con el que está recogido en la memoria de verificación para el módulo 2 del Máster, consiste en una prueba escrita sobre los contenidos de la materia (que constituye el 70% de la calificación final), la realización de un trabajo relacionado con los contenidos de la asignatura (10%) y su exposición oral en un seminario (20%).

Para superar la asignatura en una convocatoria extraordinaria es preciso obtener una calificación igual o superior a 5 sobre 10 en la prueba escrita correspondiente.

De forma excepcional, si las condiciones sanitarias lo requieren, se podrán incluir métodos de evaluación no presencial. En cuyo caso, se informará al estudiantado de los cambios efectuados.

-  H. J. Butt, K. Graf, M. Kappl, “Physics and Chemistry of Interfaces”, Wiley VCH, Weinheim, 2003.

-  G. Barnes, I. Gentle, “Interfacial Science. An Introduction” 2ª Ed., Oxford University Press, 2011.

-  J. B. Hudson, “Surface Science - An Introduction”, Butterworth-Heinemann, 1992.

-  H. Lueth, Surfaces and Interfaces of Solids”  (Springer Series in Surface Sciences - Vol. 15), Springer-Verlag, 1993.
- J. C. Vickerman (Ed.), Surface Analysis - The principal techniques, Wiley&Sons, 1997.

- D. Skoog, J. Holler, T. Nieman, “Principios de análisis instrumental”  5ª Ed., McGraw Hill,  2001.

- M. Faraldos, C. Goberna (Eds.), “Técnicas de Análisis y Caracterización de Materiales”, CSIC, Madrid, 2002.

- B. M. Weckhuysen (Ed.),“In situ spectroscopy of catalysts”, American Scientific Publishers, Los Angeles, California, 2004.

- J. L. G. Fierro (Ed.), "Spectroscopic characterization of heterogeneous catalysts", Elsevier, Stud. Surf. Sci. Catal., Vol 57 (parts A and B), 1990.

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- S. J. Gregg, K. S. W. Sing, “Adsorption, Surface Area and Porosity", 2ª ed., Academic Press, New York, 1982.

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- F. Rodríguez Reinoso, J. Rouquerol, K. S. W. Sing , K. K. Unger (Eds.), "Characterization of Porous Solids II", Elsevier, 1991.

- A. B. Mersmann, S. E. Scholl (Eds.),"Fundamentals of Adsorption",  Am. Inst. Chem. Eng., Nueva York, 1991.

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- I. M. Watt, "The Principles and Practice of Electrón Microscopy", 2nd Ed., Cambridge University Press, 1997.

- R. González, R. Pareja, C. Ballesteros, "Microscopía electrónica", Editorial Eudema, 1991.

- D. B. Williams, C. B. Carter( Eds.), "Transmission electron microscopy: a text book for materials science", Plenum Press, 1996.

- S. N. Magonov,  M. H. Whangbo (Eds.), "Surface analysis with STM and AFM", VCR, 1996.

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