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Grado en Química 4º Curso

CIENCIA DE MATERIALES I

Guía Docente

Guía Docente.

1. Datos descriptivos de la materia

Carácter: Formación obligatoria transversal

Convocatoria: 1er cuatrimestre

Créditos: 4,5 ECTS (4 teórico-prácticos + 0.5 laboratorio)

Profesorado:

Luis Garcia Rio Catedrático de Universidad del Departamento de Química Física Centro de Investigación en Química Biológica y Materiales Moleculares (CIQUS)

M. Arturo López Quintela Catedrático de Universidad del Departamento de Química Física

Instituto de Investigaciones Tecnológicas

Idioma en que es impartida: Castellano, gallego e inglés.

2. Situación, significado e importancia de la materia en el ámbito de la titulación. 2.1 Módulo al que pertenece la materia e el Plan de Estudios. Materias con las que se relaciona. Modulo de formación obligatoria transversal. Se relaciona con todas la asignaturas básicas del grado en quimica 2.2 Papel que juega este curso en ese bloque formativo y en el conjunto del Plan de Estudios. Introduce las bases físicas necesarias para interpretar y comprender las diferentes propiedades de los materiales. 2.3 Conocimientos previos (recomendados/obligatorios) que los estudiantes han de poseer para cursar la asignatura. Haber cursado las asignaturas de Física, Química Física y Química Inorgánica.

3. Competencias y resultados del aprendizaje que el estudiante adquiere con la asignatura. 3.1. Objetivos del aprendizaje.

Introducción a la Ciencia de los Materiales. Propiedades. Materiales estructurales y funcionales

Hacer comprender los “Fundamentos de la CC de Materiales” estableciendo las relaciones entre: Estructura-Propiedades-Procesado-Comportamiento en servicio.

Conocer criterios diferenciadores para la “clasificación” de las distintas familias de materiales (metálicos, cerámicos, poliméricos y compuestos) según la estructura y propiedades que presentan.

Relacionar las “propiedades” de los materiales con la “estructura” que presentan. Relacionar las “propiedades” con las “aplicaciones”, y su comportamiento en

servicio. Ampliar y profundizar en el conocimiento de los materiales utilizados en la

industria. Conocer la importancia de la innovación en el desarrollo de nuevos materiales

para la obtención de materiales de altas prestaciones. Conocer las bases y las principales técnicas de síntesis, caracterización y

aplicaciones de los nanomateriales

3.2. Competencias generales.

• Comprender y utilizar la información bibliográfica y técnica. • Interpretar datos procedentes de observaciones y medidas de

laboratorio. • Capacidad para desarrollar e interpretar ecuaciones y su adecuación

a las condiciones del sistema de estudio. • Desarrollo de habilidades para utilizar tablas y gráficos de datos

científicos. • Capacidad de crítica y autocrítica en la obtención, análisis y

presentación de resultados. • Aplicar los conceptos teóricos desarrollados en las clases

expositivas a sistemas concretos. 3.3. Competencias específicas.

• Disponer de los conocimientos teóricos mínimos que permitan entender el fundamento de la utilización de los diferentes materiales en la industria, de acuerdo a sus propiedades físico-químicas.

• Discriminar entre los diferentes materiales y escoger los más idóneos de acuerdo a las prestaciones requeridas tecnológicamente.

3.4. Competencias transversales.

• Capacidad para trabajar en equipo. • Capacidad de aprendizaje autónomo

4. Contenidos del curso. 4.1 Epígrafes del curso. Tema1.Propiedadesmecánicasdelosmateriales.Tema2.Propiedadesquímicas.Tema3.Propiedadeseléctricasymagnéticas.Tema4.Nanomateriales.Tema5.Materialesópticosyfotónicos.Tema6.Capasdelgadasyclústeres. Programa de Prácticas: Introducción.

Práctica 1. Monocapa de octadecanotiol sobre plata. Discusión de Resultados 4.2. Bibliografía. 4.2.1. Básica (Manual de referencia): W. D. Callister, Materials Science and Engineering, 8 ed., 2010 Wiley. 4.2.2. Complementaria:

• B. D. Fahlman, Materials Chemistry, 2 ed., 2010, Springer. • W. D. Callister, Materials Science and Engineering, 8 ed., 2010 Wiley. • J. F. Shackelford, Introducción a la ciencia de materiales para

ingenieros, 7ª Edición, 2010 Pearson • Poole, Charles P. y Owens, Frank J. Introducción a la nanotecnología.

Reverté , Barcelona 2007. • Nanomaterials chemistry: recent developments and new directions /

edited by C. N. R. Rao, A. Müller, and A. K. Cheetham. Weinheim : Wiley-VCH, cop. 2007

• Nanoparticles : building blocks for nanotechnology / edited by Vincent Rotello. New York : Springer, 2004

Tema 1. Propiedades mecánicas de los metales. 1. Sentido del tema. Se presenta una introducción a las propiedades mecánicas más relevantes de los materiales. 2. Epígrafes del tema. Introducción. Conceptos de esfuerzo y deformación. Comportamiento bajo cargasuniaxiales. Anelasticidad. Propiedades elásticas de los materiales. Propiedades detracción.Deformaciónporcompresión,porcizalladuraytorsional.Dureza.Variabilidaddelaspropiedadesdelosmateriales. 3. Bibliografía. W. D. Callister, Materials Science and Engineering, 8 ed., 2010 Wiley. 4. Actividades a desarrollar. El alumno debe resolver los ejercicios indicados por el profesor y entregarlos, en los casos que se indique, en la fecha propuesta en el calendario de actividades de la materia (el alumno debe guardar una copia del trabajo entregado). En el seminario correspondiente a este tema se resolverán estos ejercicios en la pizarra. Aquellos alumnos que tengan especial dificultad con el tipo de cálculos que se realizan en este tema deberán contactar con el profesor para recibir el apoyo necesario.

Tema 2. Propiedades químicas. 1. Sentido del tema. Se presenta una introducción a las propiedades químicas más relevantes de los materiales, con especial atención a los fenómenos de corrosión. 2. Epígrafes del tema. Introducción.Corrosión de metales: consideraciones electroquímicas, velocidad decorrosión,pasividad,formasdecorrosión,prevencióncontralacorrosión.Corrosióndecerámicas.Degradacióndepolímeros. 3. Bibliografía. W. D. Callister, Materials Science and Engineering, 8 ed., 2010 Wiley. 4. Actividades a desarrollar. El alumno debe resolver los ejercicios indicados por el profesor y entregarlos, en los casos que se indique, en la fecha propuesta en el calendario de actividades de la materia (el alumno debe guardar una copia del trabajo entregado). En el seminario correspondiente a este tema se resolverán estos ejercicios en la pizarra. Aquellos alumnos que tengan especial dificultad con el tipo de cálculos que se realizan en este tema deberán contactar con el profesor para recibir el apoyo necesario.

Tema 3 Propiedades eléctricas y magnéticas. 1. Sentido del tema. Se presenta una introducción a las propiedades eléctricas y magnéticas más relevantes de los materiales. 2. Epígrafes del tema. Introducción.Conducciónelectrónicaeiónica.Resistividadeléctricadelosmetales.Semiconductoresintrínsecosyextrínsecos.Influenciadelatemperatura.EfectoHall.Comportamientodieléctrico.Ferroelectricidad.Piezoelectricidad.Diamagnetismoyparamagnetismo.Ferromagnetismo.Antiferromagnetismoyferrimagnetismo.Influenciadelatemperatura.Dominiosehistéresis.Materialesmagnéticosblandosyduros.Almacenamientomagnético.Superconductividad. 3. Bibliografía. W. D. Callister, Materials Science and Engineering, 8 ed., 2010 Wiley. 4. Actividades a desarrollar. El alumno debe resolver los ejercicios indicados por el profesor y entregarlos, en los casos que se indique, en la fecha propuesta en el calendario de actividades de la materia (el alumno debe guardar una copia del trabajo entregado). En el seminario correspondiente a este tema se resolverán estos ejercicios en la pizarra. Aquellos alumnos que tengan especial dificultad con el tipo de cálculos que se realizan en este tema deberán contactar con el profesor para recibir el apoyo necesario.

Tema 4 Nanomateriales. 1. Sentido del tema. Se presenta una introducción a la síntesis y caracterización de nanomateriales. 2. Epígrafes del tema. Síntesis de nanopartículas, nanohilos, nanotubos, nanoláminas, nanoestructuras complejas. Técnicas de caracterización: DLS, STM, AFM, Técnicas de sincrotrón. 3. Bibliografía. Poole, Charles P. y Owens, Frank J. Introducción a la nanotecnología. Reverté, Barcelona 2007.

4. Actividades a desarrollar. El alumno debe resolver los ejercicios indicados por el profesor y entregarlos, en los casos que se indique, en la fecha propuesta en el calendario de actividades de la materia (el alumno debe guardar una copia del trabajo entregado). En el seminario correspondiente a este tema se resolverán estos ejercicios en la pizarra. Aquellos alumnos que tengan especial dificultad con el tipo de cálculos que se realizan en este tema deberán contactar con el profesor para recibir el apoyo necesario.

Tema 5 Materiales ópticos y fotónicos. 1. Sentido del tema. Se presenta una introducción a las propiedades ópticas más relevantes de los materiales y sus principales aplicaciones. 2. Epígrafes del tema. QDots. Síntesis, propiedades y aplicaciones: conversión de energía solar, biosensores, fotocatálisis. Materiales fotónicos y metamateriales. Aplicaciones: guías de luz, LEDs, microscopías de campo cercano 3. Bibliografía. Poole, Charles P. y Owens, Frank J. Introducción a la nanotecnología. Reverté, Barcelona 2007. 4. Actividades a desarrollar. El alumno debe resolver los ejercicios indicados por el profesor y entregarlos, en los casos que se indique, en la fecha propuesta en el calendario de actividades de la materia (el alumno debe guardar una copia del trabajo entregado). En el seminario correspondiente a este tema se resolverán estos ejercicios en la pizarra. Aquellos alumnos que tengan especial dificultad con el tipo de cálculos que se realizan en este tema deberán contactar con el profesor para recibir el apoyo necesario.

Tema 6 Capas delgadas y clústeres. 1. Sentido del tema. Se presenta una introducción a las propiedades de capas delgadas y clústeres así como a sus principales aplicaciones.. 2. Epígrafes del tema. Capas delgadas: autoensamblado y aplicaciones. Clústeres. Síntesis, propiedades y aplicaciones: catálisis, energía, medioambiente 3. Bibliografía. Poole, Charles P. y Owens, Frank J. Introducción a la nanotecnología. Reverté, Barcelona 2007.

4. Actividades a desarrollar. El alumno debe resolver los ejercicios indicados por el profesor y entregarlos, en los casos que se indique, en la fecha propuesta en el calendario de actividades de la materia (el alumno debe guardar una copia del trabajo entregado). En el seminario correspondiente a este tema se resolverán estos ejercicios en la pizarra. Aquellos alumnos que tengan especial dificultad con el tipo de cálculos que se realizan en este tema deberán contactar con el profesor para recibir el apoyo necesario.

5. Indicaciones Metodológicas y Atribución de Carga ECTS. 5.1. Atribución de créditos ECTS TRABAJO PRESENCIAL EN EL AULA

HORAS TRABAJO PERSONAL DEL ALUMNO

HORAS

Clases expositivas en grupo grande

21 Estudio autónomo individual o en grupo

41

Clases interactivas en grupo reducido (Seminarios)

6 Resolución de ejercicios, u otros trabajos

24

Tutorías en grupo muy reducido

2 Preparación de presentaciones orales, escritas, elaboración de ejercicios propuestos. Actividades en biblioteca o similar

6

Prácticas de laboratorio 4 Preparación del trabajo de laboratorio y elaboración de la memoria de las prácticas

8,5

Total horas trabajo presencial en el aula o en el laboratorio

33 Total horas trabajo personal del alumno

79,5

5.2. Actividades formativas en el aula con presencia del profesor. A) Clases expositivas en grupo grande (“CE” en las tablas horarias): Lección impartida por el profesor que puede tener formatos diferentes (teoría, problemas y/o ejemplos generales, directrices generales de la materia…). El profesor puede contar con apoyo de medios audiovisuales e informáticos pero, en general, los estudiantes no necesitan manejarlos en clase. Habitualmente estas clases seguirán los contenidos de un Manual de referencia propuesto en la Guía Docente de la asignatura. La asistencia a estas clases es recomendable. B) Clases interactivas en grupo reducido (Seminarios, “S” en las tablas horarias): Clase teórico/práctica en la que se proponen y resuelven aplicaciones de la teoría, problemas, ejercicios… El alumno debe participar activamente en estas clases. El profesor puede contar con apoyo de medios audiovisuales e informáticos pero, en general, los estudiantes no los manejarán en clase. Se incluyen las pruebas de evaluación si las hubiere. La asistencia a estas clases es obligatoria. C) Clases prácticas de laboratorio: Se incluyen aquí las clases que tienen lugar en un laboratorio de prácticas. En ellas el alumno adquiere las habilidades propias de un laboratorio de química y consolida los conocimientos adquiridos en las clases de teoría. El trabajo personal del alumno en esta actividad es mucho más reducido. Para estas prácticas, el alumno dispondrá de un manual de prácticas de laboratorio, que incluirá consideraciones generales sobre el trabajo en el laboratorio, así como un guión de cada una de las prácticas a realizar, que constará de una breve presentación de los fundamentos, la

metodología a seguir y la indicación de los cálculos a realizar y resultados a presentar. El alumno deberá a acudir a cada sesión de prácticas habiendo leído atentamente el contenido de este manual. Tras una explicación del profesor, el alumno realizará individualmente, o en grupos de dos, las experiencias y cálculos necesarios para la consecución de los objetivos de la práctica, recogiendo en el diario de laboratorio el desarrollo de la práctica y los cálculos y resultados que procedan, presentando el mismo día o en la próxima sesión los resultados, que serán evaluados. La asistencia a estas clases es obligatoria. Las faltas deberán ser justificadas documentalmente, aceptándose razones de examen y de salud, así como aquellos casos contemplados en la normativa universitaria vigente. D) Tutorías de pizarra en grupo muy reducido (“T” en las tablas horarias): Tutorías programadas por el profesor y coordinadas por el Centro. En general, supondrán para cada alumno 2 horas por cuatrimestre y asignatura. Se proponen actividades como la supervisión de trabajos dirigidos, aclaración de dudas sobre teoría o las prácticas, problemas, ejercicios, lecturas u otras tareas propuestas; así como la presentación, exposición, debate o comentario de trabajos individuales o realizados en pequeños grupos. La asistencia a estas clases es obligatoria.

5.3. Recomendaciones para el estudio de la materia. • Es aconsejable asistir a las clases expositivas. • Es importante mantener el estudio de la materia “al día”. • Una vez finalizada la lectura de un tema en el manual de referencia, es útil

hacer un resumen de los puntos importantes, identificando las ecuaciones básicas que se deben recordar y asegurándose de conocer tanto su significado como las condiciones en las que se pueden aplicar.

• La resolución de problemas es fundamental para el aprendizaje de esta materia. Puede resultar de ayuda el seguir estos pasos: (1) Hacer una lista con toda la información relevante que proporciona el enunciado. (2) Hacer una lista con las cantidades que se deban calcular. (3) Identificar las ecuaciones a utilizar en la resolución del problema y aplicarlas correctamente.

• Es imprescindible la preparación de las prácticas antes de la entrada en el laboratorio. En primer lugar, se deben repasar los conceptos teóricos importantes en cada experimento y, a continuación, es necesario leer con atención el guión de la práctica, intentando entender los objetivos y el desarrollo del experimento propuesto. Cualquier duda que pudiera surgir deberá ser consultada con el profesor.

5.4. Calendario de actividades que van a realizar los alumnos a lo largo del curso.

Códigos: Clases expositivas (CE). Grupo único. Aula de Física (martes, 9-10h) Aula de Biologia (Jueves, 9-10h) Seminarios (S). S1: Aula de Matemáticas (jueves, 10-11h) S2: Aula de Química Xeral (martes, 10-11h) S3: Aula de Biología (viernes 9-10h) Libre uso: Aula de Química Física (lunes 18-19h) Tutorías (T). T1-T6. Aula 3.11

Do 21 ao 25 de outubro de 2013. Aula 3.11 21/10/2013 22/10/2013 23/10/2013 24/10/2013 25/10/2013

9-10 CMIT1 CMIT3

10-11 CMIT6

11-12 CMIT2 CMIT5

12-13 CMIT4

Do 16 ao 20 de decembro de 2013. Aula 3.11 16/12/2013 17/12/2013 18/12/2013 19/12/2013 20/12/2013

9-10 CMIT1 CMIT3

10-11 CMIT6

11-12 CMIT2 CMIT5

12-13 CMIT4

Prácticas (P). G1-G6. Laboratorio Química Física.

Lun 9 Sept Mart 10 Sept Miérc 11 Sept Juev 12 Sept Viern 13 Sept

9-10

Ciencia Materiales I

Presentación

Aula de Química Física


Tema 1 (1/3)

Aula de Biología

10-11

11-12

12-13

13-14

Lun 16 Sept Mart 17 Sept Miérc 18 Sept Juev 19 Sept Viern 20 Sept

9-10


Tema 1 (3/3)

Aula de Física


Tema 2 (1/4)

Aula de Biología

10-11

11-12

12-13

13-14

18-19


Tema 1 (2/3)


Lun 23 Sept Mart 24 Sept Miérc 25

Sept Juev 26 Sept Viern 27 Sept

9-10


Tema 2 (3/4)

Aula de Física


Tema 2 (4/4)

Aula de Biología

C.M. I (S3)

Tema 1 Aula de Biología

10-11

C.M. I (S2)

Tema 1

Aula de Q. Xeral

C.M. I (S1)

Tema 1

Aula de Matemáticas

11-12

12-13

13-14

18-19


Tema 2 (2/4)


Lun 30 Sept Mart 1 Oct Miérc 2 Oct Juev 3 Oct Viern 4 Oct

9-10


Tema 3 (1/4)

Aula de Física


Tema 3 (2/4)

Aula de Biología

C.M. I (S2)

Tema 2

Aula de Q. Xera

10-11

C.M. I (S2)

Tema 2 Aula de Q. Xera

C.M. I (S2)

Tema 2 Aula de Q. Xera

11-12

12-13

13-14

Lun 7 Oct Mart 8 Oct Miérc 9 Oct Juev 10 Oct Viern 11 Oct

9-10


Tema 3 (3/4)

Aula de Física


Tema 3 (4/4)

Aula de Biología

10-11

11-12

12-13

13-14


9-10

C.M. I (S3)

Tema 3

Aula de Biología

10-11

C.M. I (S2)

Tema 3

Aula de Q. Xeral

C.M. I (S1)

Tema 3

Aula de Matemáticas

11-12

12-13

13-14

16-20 Practicas G1

Lab. Química Física


9-10 C.M. I (T1)

Aula 3.11

C.M. I (T3) Aula 3.11

10-11 C.M. I (T6)

Aula 3.11

11-12 C.M. I (T2)

Aula 3.11

C.M. I (T5)

Aula 3.11

12-13 C.M. I (T4)

Aula 3.11

13-14

Lun 28 Oct Mart 29 Oct Miérc 30 Oct Juev 31 Oct Viern 1 Nov

9-10


Tema 4 (1/3)

Aula de Física


Tema 4 (2/3)

Aula de Biología

-----

10-11 -----

11-12 -----

12-13 -----

13-14 -----

Lun 4 Nov Mart 5 Nov Miérc 6 Nov Juev 7 Nov Viern 8 Nov

9-10


Tema 4 (3/3)

Aula de Física


Tema 5 (1/3)

Aula de Biología

C.M. I (S3)

Tema 4

Aula de Biología

10-11

11-12

12-13

13-14

16-20 Practicas G2



9-10


Tema 5 (2/3)

Aula de Física


Tema 5 (3/3)

Aula de Biología

-----

10-11

C.M. I (S2)

Tema 4 Aula de Q. Xeral

C.M. I (S1)

Tema 4 Aula de

Matemáticas

-----

11-12 -----

12-13 -----

13-14 -----


9-10


Tema 6 (1/4)

Aula de Física


Tema 6 (2/4)

Aula de Biología

C.M. I (S3)

Tema 5

Aula de Biología

10-11

C.M. I (S2)


C.M. I (S1)

Tema 5 Aula de

Matemáticas

11-12

12-13

13-14

16-20 Practicas G3



9-10


Tema 6 (3/4)

Aula de Física


Tema 6 (4/4)

Aula de Biología

C.M. I (S3)

Tema 6 Aula de Biología

10-11

11-12

12-13

13-14

16-20 Practicas G4


Lun 2 Dic Mart 3 Dic Miérc 4 Dic Juev 5 Dic Viern 6 Dic

9-10 -----

10-11

C.M. I (S2)


C.M. I (S1)

Tema 3 Aula de

Matemáticas

-----

11-12 -----

12-13 -----

13-14 -----

18-19 -----


9-10

10-11

11-12

12-13

13-14


9-10 C.M. I (T1)

Aula 3.11

C.M. I (T3) Aula 3.11

10-11 C.M. I (T6)

Aula 3.11

11-12 C.M. I (T2)

Aula 3.11

C.M. I (T5)

Aula 3.11

12-13 C.M. I (T4)

Aula 3.11

13-14

Exámenes: 9 de Enero de 2014 a las 16 h (Aulas de Biología y Física)

26 de Junio de 2014 a las 16 h (Aulas de Química Inorgánica y Química Orgánica)

Horario de asistencia al alumnado y lugar:

Luis Garcia Rio Martes, Miercoles y Jueves de 10 a 12h. (previa cita) Despacho del profesor Departamento de Química Física (Facultad de Química)

M. Arturo López Quintela Martes, Miercoles y Jueves de 10 a 12h. (previa cita) Despacho del profesor Departamento de Química Física (Facultad de Química)

6. Indicaciones sobre la evaluación. 1. La evaluación consistirá en dos partes:

1.1) Evaluación continua, que consta a su vez de: i. Ejercicios realizados en los seminarios (Ej_sem) ii. Trabajo en las tutorías (Tut): exposición de las prácticas de

laboratorio y/o los trabajos encargados. iii. Prácticas laboratorio (Pract): apto en prácticas implica la

asistencia, una actitud y trabajo correcto en el laboratorio y la presentación en la tutoría de los resultados.

1.2) Examen final (EF). 2. Los aspectos a evaluar mencionados con anterioridad contabilizarán

para la nota final del alumno de la siguiente manera: Evaluación continua 25% Examen final 75%

3. En el examen final el alumno deberá responder a cuestiones teóricas y resolver ejercicios teórico/prácticos.

4. calificación del alumno no será inferior a la del examen final ni a la obtenida ponderándola con la evaluación continua.

7. Recomendaciones de cara a la evaluación. El alumno debe repasar los conceptos teóricos introducidos en los distintos temas utilizando el manual de referencia y los resúmenes. El grado de acierto en la resolución de los ejercicios propuestos proporciona una medida de la preparación del alumno para afrontar el examen final de la asignatura. Aquellos alumnos que encuentren dificultades importantes a la hora de trabajar las actividades propuestas deben de acudir en las horas de tutoría del profesor, con el objetivo de que éste pueda analizar el problema y ayudar a resolver dichas dificultades. Es muy importante a la hora de preparar el examen resolver algunos de los ejercicios que figuran al final de cada uno de los capítulos del manual de referencia. 8. Recomendaciones de cara a la recuperación. El profesor analizará con aquellos alumnos que no superen con éxito el proceso de evaluación, y así lo deseen, las dificultades encontradas en el aprendizaje de los contenidos de la asignatura. También les proporcionará material adicional (cuestiones, ejercicios, exámenes, etc.) para reforzar el aprendizaje de la materia.

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