1- Repaso de Termodinámica
Estados y leyes de los gases. Importancia climatología: las leyes de los
gases y el clima. Gases reales: interacciones moleculares, ecuación de van
der Waals, principio de estados correspondientes.
Primera ley. Trabajo, calor y energía. Energía interna. Entalpía. Importancia
en bioquímica y ciencia de materiales: calorimetría diferencial de barrido.
Cambios adiabáticos. Termoquímica.
Funciones de estado y diferenciales exactos. Cambios de energía interna.
Dirección de cambio espontáneo. Entropía.
Importancia en ingeniería: refrigeración.
Cambios de entropía en procesos específicos. Tercera ley. Energías de
Helmholtz y Gibbs. Energías de Gibbs estándar. Combinación de primera y
segunda ley.

2- Transformaciones físicas de substancias.
Diagramas de fase. Estabilidad de las fases. Impacto tecnológico: fluidos
supercríticos. Ejemplos de diagramas de fase típicos. Equilibrio
termodinámico. La clasificación de Ehrenfest.
Mezclas simples. Descripción termodinámica. El potencial químico de
líquidos. Propiedades de las soluciones. Mezclas líquidas. Actividades del
solvente y del soluto. Actividades de soluciones regulares. Actividades de
iones en solución.
Importancia biológica: ósmosis en fisiología y bioquímica.
Importancia biológica: solubilidad de gases y respiración.
La regla de las fases. Sistemas de dos componentes. Diagramas de presión
de vapor. Diagramas de temperatura vs. composición. Diagramas de fase
líquido-líquido. Diagramas de fase líquido-sólido. Importancia en ciencia de
materiales: cristales líquidos.
Importancia en ciencia de materiales: ultrapureza e impureza controlada.

3- Equilibrio químico
Descripción del equilibrio. Mínimo de energía de Gibbs. Reacciones químicas
espontáneas. Dependencia con la presión y la temperatura.
Importancia en ingeniería: extracción de metales a partir de sus óxidos.
Equilibrio electroquímico. Electrodos y medias reacciones. Celdas
electroquímicas y la fuerza electromotriz. Potenciales estándar.
Importancia en bioquímica: conversión de energía en células biológicas.
Importancia tecnológica: celdas fotovoltaicas.
Importancia tecnológica: baterías de litio.

4- Estructura molecular
Teoría de orbitales moleculares. Moléculas diatómicas homonucleares.
Moléculas diatómicas heteronucleares.
Importancia en bioquímica: la reactividad bioquímica de O2, N2, y NO.
Orbitales moleculares de sistemas poliatómicos. Aproximación de Hückel.
Química computacional. Predicción de propiedades moleculares.
Simetría molecular. Clasificación de moléculas según su simetría.
Consecuencias inmediatas de la simetría. Integrales anuladas, solapamiento
de orbitales y reglas de selección.

5- Espectroscopia molecular 1: espectros rotacionales y vibracionales
Generalidades. Técnicas experimentales. Intensidad y ancho de líneas
espectrales.
Importancia en astrofísica: espectroscopia rotacional y vibracional del
espacio interestelar.
Espectros puramente rotacionales. Momentos de inercia. Niveles de energía
rotacional. Transiciones rotacionales. Espectro Raman rotacional.
Estadísticas nucleares y estados rotacionales.
Vibraciones de moléculas diatómicas. Reglas de selección. Anarmonicidad.
Espectros roto-vibracionales. Espectro Raman vibracional de moléculas
diatómicas.
Vibraciones de moléculas poliatómicas. Modos normales. Simetría molecular
y vibraciones. Absorción infrarroja. Espectro Raman vibracional de
moléculas poliatómicas.
Importancia en climatología: calentamiento global.
Importancia en bioquímica: microscopía vibracional.

6- Espectroscopia molecular 2: transiciones electrónicas
Transiciones electrónicas. Espectro electrónico de moléculas diatómicas.
Espectro electrónico de moléculas poliatómicas. Importancia en bioquímica:
visión. El destino de estados electrónicos excitados: fluorescencia y
fosforescencia, disociación y predisociación. Láseres. Principio de
funcionamiento. Aplicaciones en química.
Importancia en bioquímica y ciencia de materiales: microscopía de
fluorescencia.

7- Espectroscopia molecular 3: resonancia magnética
El efecto de los campos magnéticos sobre los electrones y núcleos. Energía
de electrones en campos magnéticos. Energías de núcleos en campos
magnéticos. Espectroscopia de resonancia magnética.
Resonancia magnética nuclear. El espectrómetro de RMN. Corrimiento
químico. Estructura fina. Procesos de conversión conformacional e
intercambio. Técnicas pulsadas en RMN. El vector de magnetización.
Relajación de espín. Desacoplamiento de espín. El efecto Overhausser
nuclear. RMN bidimensional. RMN de estado sólido.
Importancia en medicina: imágenes por RMN.
Resonancia electrónica paramagnética. El espectrómetro de REP. El valor g.
Estructura hiperfina. Importancia en bioquímica: sondas de espín.

8- Interacciones moleculares
Usando termodinámica estadística. Energías medias. Capacidad calorífica.
Ecuaciones de estado. Interacciones moleculares en líquidos. Entropía
residual. Constantes de equilibrio.
Propiedades eléctricas de las moléculas. Dipolo eléctrico. Polarizabilidad.
Permitividad Relativa.
Interacción entre moléculas. Interacciones dipolares. Interacción repulsiva y
total. Transferencia de energía de Foerster (FRET) y de Dexter.
Impacto en medicina: reconocimiento molecular y diseño de drogas.
Impacto en biología: microscopía FRET.
Gases and líquidos. Interacciones moleculares en gases. La interfaz
vapor-líquido. Condensación.

9- Macromoléculas y agregados
Determinación de forma y tamaño. Masa molar media. Espectrometría de
masas. Dispersión laser. Ultracentrifugación. Electroforésis. Viscosidad.
Importancia en bioquímica: electroforesis de gel para genómica y proteínica.
Estructura y dinámica. Los distintos niveles de estructura. Enrollamiento
aleatorio. Estructura y estabilidad de polímeros sintéticos. Estructura de
proteínas. Estructura de ácidos nucleicos. Estabilidad de proteínas y ácidos
nucleicos.
Importancia tecnológica: polímeros conductores.
Importancia en nanociencia: origamis de ADN.
Autoensamblado. Coloides. Micelas y membranas biológicas. Films
superficiales.
Importancia en nanociencia: nano-fabricación con monocapas
autoensambladas.

10- El estado sólido
Redes cristalinas. Identificación de planos cristalinos. Investigación de la
estructura. Impacto en bioquímica: cristalografía de rayos X de
macromoléculas biológicas. Difracción de neutrones y electrones.
Estructura cristalina. Metales. Sólidos iónicos. Sólidos moleculares y redes
covalentes.
Propiedades de los sólidos. Propiedades mecánicas. Propiedades eléctricas.
Propiedades ópticas. Propiedades magnéticas. Superconductores.
Importancia en nanociencia: puntos cuánticos.
Importancia en nanociencia: nanocables y nanopartículas plasmónicas.

11- Moléculas en movimiento
Movimiento molecular en gases. Modelo cinético de gases. Colisiones con
paredes y superficies. Tasa de efusión. Propiedades de transporte de un gas
perfecto.
Importancia en astrofísica: el sol como una bola de gas perfecto.
Movimiento molecular en líquidos. Resultados experimentales. Movimiento
Browniano. Conductividades de soluciones de electrolitos. Movilidad de
iones. Conductividad e interacciones ion-ion.
Importancia en bioquímica: canales iónicos y bombas de iones.
Difusión. La perspectiva termodinámica. Ecuación de difusión.
Probabilidades de difusión. Perspectiva estadística.
Importancia en bioquímica: transporte de no-electrolitos a través de
membranas biológicas.

12- Cinética de reacciones químicas
Cinética química empírica. Técnicas experimentales. Leyes integrales de
cinéticas.
Reacciones cerca del equilibrio. Dependencia con la temperatura.
Reacciones elementales. Reacciones elementales consecutivas. Reacciones
unimoleculares.
Importancia en bioquímica: cinética de la transición conformacional en
polipéptidos.
Cinética de reacciones complejas. Reacciones en cadena. Explosiones.
Cinética de polimerización paso a paso, y en cadena. Catálisis homogénea.
Fotoquímica. Cinética de procesos fotoquímicos y fotofísicos. Procesos
fotoquímicos complejos. Importancia en medicina: terapia fotodinámica.
Importancia ambiental: química del ozono estratosférico.
Importancia en bioquímica: recolección de luz en la fotosíntesis.

13- Dinámica de reacciones moleculares
Encuentros reactivos. Teoría de colisiones. Reacciones controladas por
difusión. La ecuación de balance material. Teoría de estado de transición.
Ecuación de Eyring. Aspectos termodinámicos.
Dinámica de colisiones moleculares. Colisiones reactivas. Superficies de
energía potencial. Experimentos y cálculos. Investigación de dinámica de
reacciones mediante técnicas ultrarrápidas.
Transferencia electrónica en sistemas homogéneos. Cinética de proceses de
transferencia electrónica. Teoría de transferencia electrónica. Resultados
experimentales.
Importancia en bioquímica: transferencia electrónica entre proteínas.

14- Procesos sobre superficies sólidas
Crecimiento y estructura de superficies sólidas. Composición superficial.
Adsorción. Fisisorción y quimisorción. Isotermas de adsorción. Cinética de
procesos superficiales. Importancia en bioquímica: análisis de biosensores.
Catálisis heterogénea. Mecanismo. Actividad catalítica de superficies.
Impacto tecnológico: catálisis en la industria química.
Procesos en electrodos. La interfaz electrodo-solución. La cinética de
transferencia de carga. Voltametría. Electrólisis. Celdas galvánicas.
Corrosión.
Impacto tecnológico: protección de materiales contra la corrosión.
Impacto tecnológico: celdas de combustible.