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Academic Year/course: 2019/20

452 - Degree in Chemistry

27214 - Inorganic Chemistry II


Syllabus Information

Academic Year:
2019/20
Subject:
27214 - Inorganic Chemistry II
Faculty / School:
100 - Facultad de Ciencias
Degree:
452 - Degree in Chemistry
ECTS:
12.0
Year:
3
Semester:
Annual
Subject Type:
Compulsory
Module:
---

1. General information

1.1. Aims of the course

The subject and its expected results aim to the following objectives:

The subject intends to deepen the knowledge of the students in the field of Inorganic Chemistry in order to enable them to relate bonding, structure and properties of inorganic chemicals and to give them a general overview of the current state of knowledge. The study is centred in coordination chemistry, solid state chemistry and transition metal elements and compounds, both form a theoretical an experimental point of view. Some frontier topics will be included.

1.2. Context and importance of this course in the degree

Inorganic Chemistry is one of the four fundamental areas of the Chemistry. The Inorganic Chemistry subject has been divided in two courses included in the core module (modulo fundamental), Inorganic Chemistry I and Inorganic Chemistry II, which are lectured in the second and third year, respectively, of the Chemistry degree.

 

The content items of the Inorganic Chemistry I comprise the fundamentals of Inorganic Chemistry, and the chemistry of the main groups elements and their compounds. The Inorganic Chemistry II course deals with Coordination Chemistry, the chemistry of transition metals and their compounds, solid state chemistry and some frontier topics in Inorganic Chemistry. 

1.3. Recommendations to take this course

To have a passing grade in the Basic module is strongly recommended. The completion of the Inorganic Chemistry I and Introduction to the Chemical Laboratory courses is required to take this course.

2. Learning goals

2.1. Competences

Working knowledge about Inorganic Chemistry bibliographical sources.

Understand the chemistry of the elements, particularly the transition elements, based on their periodic properties.

Show a good knowledge about the main kind of compounds of transition metal elements, its obtention, structure and reactivity.

Relate the structure and bonding of coordination compounds with their properties.

Relate the structure of different types of solids and their properties.

Work autonomously in the Inorganic Chemistry laboratory.

2.2. Learning goals

The student must know and utilize the main information resources in Inorganic Chemistry.

The student must know the structure of the coordination compounds and relate the stereochemistry and bonding mode with the spectroscopic and magnetic properties.

The student must be able to relate the structural and electronic properties of inorganic solids with their properties.

The student must know the main synthetic methodologies and characterization techniques of inorganic solids.

The student must know and utilize the chemical bonding models and theories to explain and reasonably predict the chemical properties of inorganic compounds.

The student must know the chemistry of transition metal, of lanthanides and actinides, and their compounds.

The student must identify the major on-going research topics in Inorganic Chemistry.

The student must analyse, solve and discuss critically problems and questions on the structure and reactivity of inorganic compounds applying the theoretical contents developed in the course.

The student must know and execute correctly the different experimental procedures to carry out the synthesis and characterization al inorganic compounds.

The student must be able to realize reports where he organizes, describes and validates the experimental work applying the scientific method.

2.3. Importance of learning goals

Chemistry studies the matter and its transformations. The scientific advances can be related to current social welfare, as his impact in our daily life is very well known: medicines, agrochemicals, new materials, etc. Inorganic Chemistry occupies a central position into Chemistry since it approaches the study of all the elements and his compounds, except those organic compounds based on carbon. Thus, the Chemistry graduates require an in-deep knowledge in Inorganic Chemistry in order to be able to develop their professional career in the future.

3. Assessment (1st and 2nd call)

3.1. Assessment tasks (description of tasks, marking system and assessment criteria)

The student must show that has achieved the expected learning results by the following assessment activities:

  1. Seminars and problem classes (5%): Evaluation will be carried out by checking problem assignments, applied questions and related activities.
  2. Laboratory Sessions (15%): Laboratory work will be graded according the quality of experimental work, question answering, laboratory notebook or reports and the result of a final written exam related to the contents of the experimental sessions. If the laboratory part is passed (with a mark equal or above 5) the mark will be valid for both examination calls (June and September). If the laboratory part is failed the student should take an exam in regard to the contents of the laboratory sessions (either in June or September) whose mark will be a 15% of the global mark.
  3. Theoretical contents. There will be a partial examination at the end of the first quarter and a final examination during the global evaluation period at the end of the second quarter. The first partial examination will be valid as a partial mark for the final exam of June. In June, the students with a mark of 5 or above in the first partial test will take only the part of the final examination covering the contents of the second half of the course. The final mark will be the mean of both partial examinations. Those who did not pass the first partial examination must take the whole global examination and the final mark will be that of the exam, which should be 5 or above in order to pass the course.

The final mark for the course, in the first call, will be the best of:

  • Mark = Seminars (5%) + Laboratory (15%) + Theoretical exam (80%)
  • Mark = Lab (15%) Theoretical exam (85%)

In September (2nd. Call) all the students should take the complete exam covering the whole course. The final mark will be:

  • Mark= Lab (15%) + Theoretical exam (85%)

The number of official examination calls per registration and their use will be subjected to the statements of the Regulation of Permanence in Master Studies and Regulation of the Learning Assessment (http://www.unizar.es/ice/images/stories/calidad/Reglamento%20Evaluacion.pdf). The latest document will also regulate the general design and scoring criteria of the assessment activities, as well as the exam schedules and timetable for the post-examination review. 

4. Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1. Methodological overview

The methodology followed in this course is oriented towards the achievement of the learning objectives. A wide range of teaching and learning tasks are implemented, such as lectures, practice sessions, laboratory sessions, autonomous work, study and assessment tasks.

Students are expected to participate actively in class throughout the semester.

Further information regarding the course will be provided on the first day of class. 

4.2. Learning tasks

The program offered to the student in order to get the results covers the following activities:

  • Lectures in Inorganic Chemistry (7 ECTS)
  • Seminar: Problem solving, questions and singular topics (2 ECTS)
  • Laboratory sessions (3 ECTS)
    • Synthesis of inorganic compounds by means of the usual lab techniques, including gas obtention and handling and introduction to inert atmosphere techniques.
    • Tests and measurements related to the identification of those compounds.
  • Tutorials. The students will have 6 h. weekly for consult.

4.3. Syllabus

The course will address the following topics:

  • Topic 1.- Introduction to transition metal chemistry. The d-block transition metals: general aspects. Occurrence, abundance, extraction and applications. Physical properties. Electronic configurations. Periodic trends in the chemical properties. Relativistic effects. Lanthanide contraction. Transition metal compounds: representative examples.
  • Topic 2.- Structure of coordination compounds. Basic concepts. Polydentate ligands and design of complexes. Electronic characteristics of ligands. Ligands and electrons.
  • Topic 3.- Stereochemistry of coordination compounds. Stereoisomerism. Describing configuration in coordination compounds. Chirality in coordination compounds. Optical activity. Resolution of enantiomers.
  • Topic 4.- Electronic structure of coordination compounds. Ligand field theory. Molecular orbital theory. Molecular orbitals for octahedral complexes with s bonding, octahedral complexes with s and p bonding. Molecular orbitals for tetrahedral and square-planar complexes. Ligand field stabilization energy: structural and thermodynamic effects. The 18-electron rule. Electronic spectra and magnetism in coordination compounds.
  • Topic 5- Stability of coordination compounds. Thermodynamic stability of coordination compounds. Factors influencing the stability of coordination compounds. The Irwing-Williams series. Hard and soft (Lewis) acids and bases. Steric effects. Chelate and macrocyclic effects. Stabilization of unusual oxidation states.
  • Topic 6- Synthesis and reactivity of coordination compounds.  Classification of the reactions. Kinetic stability of the coordination compounds. Substitution reactions to octahedral complexes. Stereochemistry in substitution reactions. Substitution reactions on square planar complexes. Trans influence and trans effect. Electron transfer reactions. Isomerization reactions. Reactions on coordinated ligands.
  • Topic 7.- Electronic structure of solids. Electrons in solids. Band theory: crystal orbitals, bands of energy, density of states and Fermi level. Electronic structure of one-dimensional solids: Peierls distortion. Electronic structure of ionic and covalent solids, and metals.
  • Topic 8.- Electrical properties of solids. Electronic conductivity. Semiconductors. Photoconductivity. p-n junctions: applications. Semiconductor compounds isoelectronic with silicon. Electronic structure and properties of inorganic solids: transition metal oxides and sulphides. Low-dimensionality solids: polyacetylene, KCP, graphite. Superconductivity.
  • Topic 9.- Crystal defects, non-stoichiometric solids and solid solutions. Imperfections in solids. Defects classification. Point defects. Solid solutions. Ionic conductivity. Solid electrolytes. Non-stoichiometric solids. Extended defects.
  • Topic 10.- Preparation of solid materials. Solid state reactions. Thermodynamic control: phase diagrams. Kinetic control. Synthetic methods. Intercalation reactions. Vapour-phase transport deposition. Thin film preparation techniques.
  • Topic 11.- Transition metal compounds: halides. Transition metal halides: binary halides, hydrated halides and halide clusters. The multiple metal-metal bond. Synthesis of transition metal halide compounds. Reactivity of transition metal halide compounds.
  • Topic 12.- Transition metal compounds: oxides and molecular oxohalides. Structure and properties of binary oxides. Synthesis and reactivity of transition metal oxides. Mixed oxides: spinels, perovskites and ilmenite. Properties.
  • Topic 13.- Lanthanides and actinides elements. The f-block elements. General aspects and chemical behaviour. Oxidation numbers. Lanthanide and actinide chemistry. Applications.

4.4. Course planning and calendar

The information about schedules, calendars and exams is available at the website of the Sciences Faculty, https://ciencias.unizar.es/calendario-y-horarios. The presentation of practical works will be done according to the scheduled to be announced well in advance.

The students will be provided with diverse teaching material either at reprography or through the University's web tool: https://moodle2.unizar.es/add. 

The information about schedules, calendars and exams will be available at the notice board and website of the Sciences Faculty, https://ciencias.unizar.es/calendario-y-horarios. The laboratory sessions will be performed during the second four-mouth term period, the schedule and the laboratory will be announced well in advance on the website for the course on the platform Moodle, https://moodle2.unizar.es/add.

4.5. Bibliography and recommended resources

http://biblos.unizar.es/br/br_citas.php?codigo=27214&year=2019


Curso Académico: 2019/20

452 - Graduado en Química

27214 - Química inorgánica II


Información del Plan Docente

Año académico:
2019/20
Asignatura:
27214 - Química inorgánica II
Centro académico:
100 - Facultad de Ciencias
Titulación:
452 - Graduado en Química
Créditos:
12.0
Curso:
3
Periodo de impartición:
Anual
Clase de asignatura:
Obligatoria
Materia:
---

1. Información Básica

1.1. Objetivos de la asignatura

La asignatura y sus resultados previstos responden a los siguientes planteamientos y objetivos:

En esta asignatura se pretende que el alumno profundice en su conocimiento de la Química Inorgánica, de modo que pueda relacionar enlace, estructura y propiedades de los compuestos inorgánicos y que adquiera una visión general del estado de conocimiento actual de la Química Inorgánica, centrándose en los compuestos de coordinación, en los sólidos inorgánicos y en los elementos de transición y sus compuestos, tanto desde el punto de vista teórico como experimental. También se introduce al alumno en temas de gran actualidad dentro de la Química Inorgánica.

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

La Química Inorgánica es una de las cuatro áreas fundamentales en que se divide el estudio de la Química. La materia Química Inorgánica se ha dividido en dos asignaturas que se encuadran en el Módulo Fundamental del Grado en Química: Química Inorgánica I y Química Inorgánica II que se imparten en los cursos 2º y 3º, respectivamente, del Grado en Química.

En Química Inorgánica I se estudian los fundamentos de la Química Inorgánica, los elementos representativos y sus compuestos. En Química Inorgánica II se estudia la química de la coordinación, los elementos de transición y sus compuestos, el estado sólido y se introducen temas avanzados de Química Inorgánica. 

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

Para cursar la asignatura Química Inorgánica II es preceptivo haber cursado Química Inorgánica I. Se recomienda haber superado el módulo básico y la asignatura de Laboratorio de Química.

2. Competencias y resultados de aprendizaje

2.1. Competencias

Manejar la bibliografía y otras fuentes de información de Química Inorgánica.

Comprender los fundamentos de la química de los elementos, particularmente los elementos de transición, basada en las propiedades periódicas.

Demostrar conocimiento de los principales tipos de compuestos de elementos de transición, su obtención, estructura y reactividad.

Relacionar la estructura y enlace de los compuestos de coordinación con sus propiedades.

Relacionar la estructura de los distintos tipos de sólidos con sus propiedades.

Desenvolverse con autonomía en un laboratorio de Química Inorgánica. 

2.2. Resultados de aprendizaje

Comprende y utiliza las fuentes de información de Química Inorgánica.

Conoce la estructura de los compuestos de coordinación y relaciona su estereoquímica y enlace con sus propiedades espectroscópicas y magnéticas.

Relaciona las características estructurales y electrónicas de los sólidos inorgánicos con sus propiedades.

Demuestra conocimiento de las metodologías de síntesis y técnicas de caracterización de sólidos inorgánicos.

Usa los modelos y teorías de enlace para explicar las propiedades químicas de los compuestos inorgánicos y predecirlas razonadamente.

Demuestra conocimiento de la química de los elementos de transición, de los lantánidos y actínidos, y de sus compuestos.

Identifica los temas más actuales de investigación dentro de la Química Inorgánica.

Analiza, resuelve y discute de forma crítica problemas y cuestiones sobre estructura y reactividad de compuestos inorgánicos aplicando los contenidos teóricos desarrollados en la asignatura.

Conoce y ejecuta correctamente los distintos procedimientos experimentales para llevar a cabo la síntesis y caracterización de productos inorgánicos.

Realiza informes donde organiza, describe y valida el trabajo experimental realizado aplicando el método científico. 

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

La Química se dedica al estudio de la materia y sus transformaciones. Se puede relacionar el avance científico con el bienestar social, por lo que su impacto en nuestra vida diaria es muy notorio: medicinas, fertilizantes, nuevos materiales, etc. Dentro de la Química, la Química Inorgánica ocupa una posición central, ya que aborda el estudio de todos los elementos y sus compuestos, salvo los derivados orgánicos del carbono. Una buena formación en Química Inorgánica de un graduado en Química es fundamental para que pueda desarrollar su labor profesional en el futuro.

3. Evaluación

3.1. Tipo de pruebas y su valor sobre la nota final y criterios de evaluación para cada prueba

El alumno deberá demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje que definen la asignatura mediante las siguientes actividades de evaluación.

1. Seminarios y problemas (5 %). La evaluación se realizará mediante controles de resolución de problemas, cuestiones teórico-prácticas y actividades relacionadas.

2. Prácticas de laboratorio (15 %). El laboratorio se calificará teniendo en cuenta la calidad del trabajo desarrollado, la resolución de cuestiones, el cuaderno y/o guiones de laboratorio y el resultado de una prueba escrita relacionada con las prácticas de la asignatura. En el caso de que se supere esta parte (calificación igual o superior a 5), la calificación obtenida se guardará tanto para la convocatoria de junio como para la de septiembre. Si no se supera esta parte el alumno deberá realizar una prueba referida a las prácticas de laboratorio en el periodo de evaluación global en junio y/o septiembre, que supondrá el 15 % de la calificación final.

3. Parte teórica. Se realizará un examen parcial al final del primer cuatrimestre y una prueba final en el periodo de evaluación global, que consistirán en la resolución de problemas y de cuestiones teórico-prácticas. El primer parcial tendrá carácter eliminatorio en la convocatoria de junio, por lo que los alumnos que hayan superado dicho parcial (calificación igual o superior a 5) podrán presentarse a la parte correspondiente al segundo parcial de la prueba final, en la que deberán obtener una calificación igual o superior a 5. La calificación de la parte teórica será la media de los dos parciales. Los alumnos que no hayan superado el primer parcial deberán realizar la prueba final completa de la parte teórica. En este caso, la calificación de la parte teórica de la asignatura será la obtenida en la prueba final, que deberá ser igual o superior a 5.

En la convocatoria de junio, la calificación final será la mejor de entre las dos opciones siguientes:

  • Calificación final 1 = Seminarios (5 %) + Prácticas (15 %) + Parte teórica (80 %)
  • Calificación final 2 = Prácticas (15 %) + Parte teórica (85 %)

En la convocatoria de septiembre todos los alumnos deberán realizar la prueba final completa de la parte teórica y la calificación final será la siguiente:

  • Calificación final = Prácticas (15 %) + Parte teórica (85 %)

El número de convocatorias oficiales de examen a las que la matrícula da derecho (2 por matrícula) así como el consumo de dichas convocatorias se ajustará a la Normativa de Permanencia en Estudios de Grado y Reglamento de Normas de Evaluación del Aprendizaje. A este último reglamento, también se ajustarán los criterios generales de diseño de las pruebas y sistema de calificación, y de acuerdo a la misma se hará público el horario, lugar y fecha en que se celebrará la revisión al publicar las calificaciones. Dicha normativa puede consultarse en: http://www.unizar.es/ice/images/stories/calidad/Reglamento%20Evaluacion.pdf

4. Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1. Presentación metodológica general

El proceso de aprendizaje que se ha diseñado para esta asignatura se basa en lo siguiente:

  1. Clases teóricas (7 ECTS).
  2. Seminarios (2 ECTS).
  3. Prácticas de laboratorio (3 ECTS).

4.2. Actividades de aprendizaje

El programa que se ofrece al estudiante para ayudarle a lograr los resultados previstos comprende las siguientes actividades:

Clases teóricas de Química Inorgánica (7 ECTS).

Seminarios: resolución de problemas y cuestiones, presentación de temas avanzados (2 ECTS)

Prácticas de laboratorio (3 ECTS)

  • Síntesis de compuestos inorgánicos utilizando las técnicas habituales de trabajo, incluyendo la obtención y manipulación de gases e iniciación a técnicas avanzadas de trabajo en atmósfera inerte. 

  • Realización de ensayos y medidas para identificar reacciones y compuestos.
  • Tutorías. Los alumnos dispondrán de 6 horas semanales para tutorías individualizadas. 


4.3. Programa

Programa de clases magistrales:

  • Introducción a la química de los metales de transición. Los metales del bloque d: características generales. Presencia en la naturaleza, obtención y aplicaciones. Propiedades físicas. Configuraciones electrónicas. Tendencias en las propiedades químicas. Efectos relativistas. Contracción de los lantánidos. Compuestos de metales de transición.
  • Estructura de compuestos de coordinación. Conceptos básicos. Ligandos polidentados y diseño de complejos. Características electrónicas de los ligandos. Ligandos y electrones.
  • Estereoquímica en compuestos de coordinación. Estereoisomería. Notación estereoquímica. Quiralidad en compuestos de coordinación. Actividad óptica. Resolución de enantiómeros.
  • Estructura electrónica en compuestos de coordinación. Teoría del campo de los ligandos. Teoría de Orbitales Moleculares. Orbitales moleculares de complejos octaédricos con enlace s, complejos octaédricos con enlace s y p. Orbitales moleculares de compuestos tetraédricos y planocuadrados. Energía de estabilización del campo de los ligandos: efectos estructurales y termodinámicos. Regla de los 18 electrones. Espectros electrónicos y magnetismo en compuestos de coordinación.
  • Estabilidad de los compuestos de coordinación. Estabilidad termodinámica de los compuestos de coordinación. Factores que afectan a la estabilidad de los complejos. La serie Irving-Williams. Ácidos y bases duros y blandos: teoría HSAB. Efectos estéricos. Efectos quelato y macrocíclico. Estabilización de números de oxidación.
  • Síntesis y reactividad de los compuestos de coordinación. Clasificación de las reacciones. Estabilidad cinética de los compuestos de coordinación. Reacciones de sustitución en compuestos octaédricos. Estereoquímica de las reacciones de sustitución. Reacciones de sustitución en compuestos planocuadrados. Efecto e influencia trans. Reacciones de transferencia de electrones. Reacciones de isomerización. Reacciones en ligandos coordinados.
  • Estructura electrónica en sólidos. Electrones en sólidos. Teoría de bandas: orbitales cristalinos, bandas de energía, densidad de estados y nivel de Fermi. Estructura electrónica en sólidos unidimensionales: distorsión de Peierls. Estructura electrónica de sólidos iónicos, covalentes y metales.
  • Propiedades eléctricas de sólidos. Conductividad electrónica. Semiconductores. Fotoconductividad. Uniones p-n. Aplicaciones. Compuestos semiconductores isoelectrónicos con silicio. Estructura electrónica y propiedades de sólidos inorgánicos: óxidos y sulfuros de metales de transición. Sólidos de baja dimensionalidad: poliacetileno, KCP, grafito. Superconductividad.
  • Defectos, no estequiometría y disoluciones sólidas. Imperfecciones en los cristales. Clasificación de los defectos. Defectos puntuales. Disoluciones sólidas. Conductividad iónica. Electrolitos sólidos. Compuestos no estequiométricos. Defectos extendidos.
  • Preparación de materiales sólidos. Reacciones en estado sólido. Control termodinámico: diagramas de fase. Control cinético. Métodos de síntesis. Reacciones de intercalación. Transporte en fase vapor.Preparación de láminas delgadas.
  • Compuestos de metales de transición: halogenuros. Halogenuros de los elementos de transición: halogenuros binarios, halogenuros hidratados, clusters halogenuro. El enlace múltiple metal-metal. Síntesis de halogenuros de metales de transición.  Reactividad de halogenuros de metales de transición.
  • Compuestos de metales de transición: óxidos y oxohalogenuros. Estructura y propiedades de óxidos binarios. Síntesis y reactividad de óxidos de metales de transición. Óxidos mixtos: espinelas, perovskitas e ilmenita. Propiedades.
  • Los elementos lantánidos y actínidos. Los elementos del bloque f. Características generales y comportamiento químico. Números de oxidación. Principales combinaciones de los elementos. Aplicaciones.

Programa de seminarios:

  • Estereoquímica de compuestos de coordinación.
  • Simetría de compuestos de coordinación.
  • Regla de número atómico efectivo.
  • Estudios estructurales en compuestos de coordinación.
  • Espectros electrónicos.

Programa de prácticas de laboratorio:

Se realizará una selección de prácticas relacionadas con los siguientes aspectos de la asignatura:

  • Isomería en compuestos de coordinación.

  • Preparación de compuestos de coordinación en estados de oxidación inusuales.

  • Propiedades solvatocrómicas de derivados de vanadio.

  • Síntesis y caracterización estructural de derivados de ferroceno.

  • Síntesis de compuestos organometálicos y estudio de sus propiedades catalíticas.
  • Preparación y caracterización de sólidos inorgánicos.
  • Preparación y estudio del comportamiento termocrómico de conductores iónicos.
  • Síntesis de compuestos de intercalación y estudio de sus propiedades.

4.4. Planificación de las actividades de aprendizaje y calendario de fechas clave


Los horarios de la asignatura y fechas de exámenes se publican en el tablón de anuncios y página web de la Facultad de Ciencias (http://ciencias.unizar.es).

En reprografía y/o a través del Anillo Digital Docente se proporcionará al alumno diverso material (ejercicios, cuestiones, presentaciones, guiones de prácticas, etc.) preparados por los profesores de la asignatura.

Las fechas de los exámenes se expondrán con la debida antelación en el tablón de anuncios y en la página web de la Facultad de Ciencias (https://ciencias.unizar.es). 

4.5. Bibliografía y recursos recomendados

http://biblos.unizar.es/br/br_citas.php?codigo=27214&year=2019