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Academic Year/course: 2021/22

543 - Master's in Molecular Chemistry and Homogeneous Catalysis

60458 - Advanced structural characterization techniques


Syllabus Information

Academic Year:
2021/22
Subject:
60458 - Advanced structural characterization techniques
Faculty / School:
100 - Facultad de Ciencias
Degree:
543 - Master's in Molecular Chemistry and Homogeneous Catalysis
ECTS:
4.0
Year:
1
Semester:
Second semester
Subject Type:
Optional
Module:
---

1. General information

1.1. Aims of the course

The subject is focused on the study of specific techniques for the characterization of materials, which are considered complementary to the basic techniques of structural characterization of organic or organometallic compounds. It is intended that students acquire sufficient knowledge to address the structural, morphological and functional characterization of new compounds and materials, using the most appropriate techniques, selected in a reasoned manner.

These approaches and objectives agree with the following Sustainable Development Goals (SDGs) of the United Nations Agenda 2030 (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/), in such a way that the acquisition of the learning results of this subject provides training and competence to contribute to a certain extent to its achievement. Goal 4: Quality education, Goal 9: Industry, innovation and infrastructures, Goal 12: Responsible consumption and production and Goal 13: Climate Action

1.2. Context and importance of this course in the degree

The subject Techniques of advanced structural characterization is an optional subject of 4 ECTS taught in the second quarter of the school year. The characterization of a molecule or material is essential to know its chemical composition and structure as well as its thermal, optical, magnetic and electrical properties. The subject is included within the Structural Characterization module. In this module, it is compulsory for the student to address a subject on the structural characterization techniques that allow carrying out an initial identification of the chemical composition and structure of the molecules prepared.

In this course, students will receive information on more advanced or specific instrumental techniques that are being used today to determine the structure of molecules and materials from the nanoscale to the macroscopic scale. The knowledge that students acquire in the compulsory subject Structural characterization techniques, as well as in other optional subjects, as Crystallography and Diffraction Techniques, constitute undoubtedly a solid base to assimilate the contents of this subject. Also, this subject is essential to the issues addressed in several of the optional subjects of the module Horizons in Molecular Chemistry and Catalysis.

The Institute of Chemical Synthesis and Homogeneous Catalysis and the Institute of Materials Science of Aragon make available to master students art equipment, and this allows students to approach in a practical way this type of advanced instrumental techniques.

1.3. Recommendations to take this course

Prior knowledge of instrumental and spectroscopic methods is recommended. Text comprehension in scientific English is also desirable. Class attendance and continuous study facilitates passing the subject.

2. Learning goals

2.1. Competences

To know the basis of different instrumental techniques for the structural characterization and the evaluation of properties (thermal, optical, magnetic, electrical) of molecules and materials.

To know the type of molecule or material that can be studied with the techniques learned, and which is the most adequate procedure for sample preparation in each case.

To be able to elect the most appropriate technique(s) to resolve a particular problem knowing the fundaments of the techniques learned and their complementarity.

To validate and interpret the results of each technique.

To integrate the data obtained from the different techniques selected to solve a particular problem.
Capacity to present adequately the results obtained from the different techniques.

2.2. Learning goals

Knowledge of advanced concepts on spectroscopic and instrumental techniques and their application in the characterization (structural, thermal, optical, magnetic, electrical) of compounds and organic, inorganic and organometallic materials.


Knowledge of the scope of each technique and its various forms, and their interrelation and complementarity.


To select the appropriate techniques, design experiments and evaluate methods of characterization in each case, depending on the problem to solve.

2.3. Importance of learning goals

The knowledge gained in this course will allow students to address the structural characterization and evaluation of properties of molecules and materials prepared using advanced instrumental techniques specific for the problem to solve. Students will be able to select the technique(s) more suitable for the material to study, from its molecular and / or supramolecular structure and dimensions (from the nanoscale to the macroscale) to its most characteristic properties (thermal, optical, magnetic, electrical).

3. Assessment (1st and 2nd call)

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

The student will have to demonstrate the achievement of the intended learning outcomes through continuous assessment, which is based on the following activities; their corresponding weight in the final score is included in brackets:


1.- Classwork based on solving problems and theoretical and practical issues (20%).


2.- Performance of practical work individually or in group (25%).


3.- Written test performed on the overall assessment period consisting on problem solving and theoretical and practical (55%) issues.


The subject is considered passed if the weighted average of the three marks according to the percentages indicated is equal to or greater than 5.


Students who do not opt for continuous assessment or fail the course for this procedure may conduct a comprehensive assessment test, which will represent 100% of the final grade, both the first and second call. This will consist of a written test on all the content addressed in the development of the subject. Students who want to improve their continuous assessment grade may also perform overall test in the first round, keeping the best of the qualifications obtained.

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 the 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 learning process designed for the course is essentially based on interactive lectures that are complemented with problem-solving sessions, seminars and tutorials. In lectures, the basics of techniques, their applicability and type of information that can be extracted from each of them will be explained. In problem-solving sessions, practical problems will be raised with the purpose of extracting data of given chemical systems using results from different instrumental techniques, among those revised in the course. Both types of sessions may be eventually complemented by practical seminars with the corresponding equipment.

In addition, the teacher will propose case studies to be performed individually or in groups, focused on the approach of a study protocol of a test sample, or on the interpretation of data obtained from the techniques, which are studied and accessible in our research Institutes.

4.2. Learning tasks

The course includes the following learning tasks: 

  • Interactive lectures (2.4 ECTS).
  • 
Problem-solving sessions, seminars and case studies (1 ECTS).
  • 
Practice sessions with technical equipment (0.6 ECTS)
.
  • Tutorials. 

Teaching and assessment activities will be carried out in the classroom with all students onsite unless, due to the health situation, the provisions issued by the competent authorities and the University of Zaragoza arrange to carry them out by telematics means or in a reduced rotating capacity.

 

4.3. Syllabus

The course will address the following topics:

Topic 
1. Structural characterization techniques.


  • Solid state and soft matter Nuclear Magnetic Resonance (NMR); surface characterization techniques as X-ray photoelectron spectroscopy (XPS); x-ray absorption spectroscopy; circular dichroism.


Topic 2. Morphological and compositional characterization techniques.


  • Advanced microscopies: Electronic microscopies (TEM, SEM), scanning probe microscopies (AFM, STM).


Topic 3. Thermal characterization techniques.


  • Differential scanning calorimetry (DSC); thermogravimetric analysis (TGA).


Topic 4. Magnetic characterization techniques.


  • Electron paramagnetic resonance (EPR); magnetic properties.

4.4. Course planning and calendar

Further information concerning the timetable, classroom, assessment dates and other details regarding this course, will be provided on the first day of class or please refer to the Faculty of Science website https://ciencias.unizar.es/calendario-y-horarios. 

The submission of assignments will be done according to the schedule that will be announced in advance.

Students will be provided with diverse teaching material either at reprography or through the University's virtual platmform https://moodle2.unizar.es/add.

The programmed activities will take place during the second term in four-hour sessions per week. The information about schedules, calendars and exams is available at the websites of the Sciences Faculty, https://ciencias.unizar.es/calendario-y-horarios, and the Master, http://masterqmch.unizar.es.

The presentation of works will be done according to the schedule to be announced well in advance.


Curso Académico: 2021/22

543 - Máster Universitario en Química Molecular y Catálisis Homogénea

60458 - Técnicas de caracterización estructural avanzadas


Información del Plan Docente

Año académico:
2021/22
Asignatura:
60458 - Técnicas de caracterización estructural avanzadas
Centro académico:
100 - Facultad de Ciencias
Titulación:
543 - Máster Universitario en Química Molecular y Catálisis Homogénea
Créditos:
4.0
Curso:
1
Periodo de impartición:
Segundo semestre
Clase de asignatura:
Optativa
Materia:
---

1. Información Básica

1.1. Objetivos de la asignatura

En la asignatura se estudian técnicas específicas para la caracterización de materiales y que se consideran complementarias a las técnicas de caracterización estructural básica de compuestos orgánicos u organometálicos. Se pretende que los estudiantes adquieran los conocimientos suficientes para poder abordar la caracterización estructural, morfológica y funcional de nuevos compuestos y materiales, utilizando las técnicas más apropiadas, seleccionadas de forma razonada.

Estos planteamientos y objetivos están alineados con los siguientes Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la Agenda 2030 de Naciones Unidas (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/), de tal manera que la adquisición de los resultados de aprendizaje de la asignatura proporciona capacitación y competencia para contribuir en cierta medida a su logro. Objetivo 4: Educación de calidad, Objetivo 9: Industria, innovación e infraestructuras, Objetivo 12: Producción y consumo responsables.

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

La asignatura Técnicas de caracterización estructural avanzadas es una asignatura optativa de 4 ECTS que se imparte en el segundo cuatrimestre. La caracterización de una molécula o un material es un ejercicio esencial para conocer su composición química y estructura así como sus propiedades térmicas, ópticas, magnéticas y eléctricas. La asignatura se encuadra dentro del módulo Caracterización Estructural. En este módulo, el alumno aborda de forma obligatoria una asignatura de técnicas de caracterización estructural que le permitirá llevar a cabo una primera identificación de la composición química y de la estructura de las moléculas preparadas.

En esta asignatura, el alumno recibirá información necesaria sobre otras técnicas instrumentales, más avanzadas o específicas, que se están utilizando en la actualidad para conocer la estructura de moléculas y materiales desde la escala nanoscópica hasta la macroscópica. Los conocimientos que el alumno adquiere en la asignatura obligatoria Técnicas de Caracterización Estructural, así como en otras asignaturas optativas como Cristalografía y Técnicas de Difracción constituyen, sin duda, una sólida base para afrontar los contenidos de esta asignatura. Así mismo, esta asignatura es un complemento esencial para los temas abordados en varias de las asignaturas optativas del módulo Horizontes en Química Molecular y Catálisis.

Los Institutos de Síntesis Química y Catálisis Homogénea y de Ciencia de Materiales de Aragón ponen a disposición de los estudiantes del máster equipamiento de última generación lo que permitirá al alumno acercarse de forma práctica a este tipo de técnicas instrumentales avanzadas.

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

Son recomendables conocimientos previos de métodos instrumentales y espectroscópicos. También es deseable la comprensión de textos en inglés científico. La asistencia a clase y el estudio continuado facilita la superación de la asignatura.

2. Competencias y resultados de aprendizaje

2.1. Competencias

Conocer el fundamento de distintas técnicas instrumentales de caracterización estructural y evaluación de propiedades (térmicas, ópticas, magnéticas, eléctricas) de moléculas y materiales.

Conocer el tipo de molécula o material que se puede estudiar con las técnicas aprendidas y la forma de preparación de la muestra adecuada a cada caso.

Seleccionar la técnica o técnicas adecuadas para resolver un determinado problema conociendo los fundamentos de las técnicas aprendidas y su complementariedad.

Validar e interpretar los resultados obtenidos cada técnica.

Integrar los datos obtenidos de las distintas técnicas seleccionadas para resolver un determinado problema.

Presentar de forma adecuada los resultados obtenidos a partir de las distintas técnicas utilizadas.

2.2. Resultados de aprendizaje

Conocer y aplicar conceptos avanzados relativos a técnicas espectroscópicas e instrumentales de gran utilidad en la caracterización (estructural, térmica, óptica, magnética, eléctrica) de compuestos y materiales orgánicos, inorgánicos y organometálicos.

Conocer el campo de aplicación de cada técnica y de sus distintas modalidades, así como su interrelación y complementariedad.

Ser capaz de seleccionar las técnicas, diseñar los experimentos y evaluar métodos de caracterización en cada caso, en función del problema a resolver.

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

Los conocimientos adquiridos en esta asignatura permitirán al alumno abordar la caracterización estructural y la evaluación de propiedades de las moléculas y materiales preparados, utilizando técnicas instrumentales avanzadas y específicas del problema a resolver. El alumno será capaz de seleccionar la técnica o técnicas más adecuadas para el material a estudiar, desde su estructura molecular y/o supramolecular y dimensiones (de la nanoescala a la macroescala) hasta sus propiedades más características (térmicas, ópticas, magnéticas, eléctricas).

3. Evaluación

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

La evaluación continua de esta asignatura está basada en las siguientes actividades con la ponderación que se indica:

1.- Trabajo regular en clase basado en resolución de problemas y cuestiones teórico-prácticas (20 %).

2.- Realización de trabajos dirigidos de carácter práctico de forma individual o en grupo (25 %).

3.- Prueba escrita a realizar en el periodo de evaluación global consistente en la resolución de problemas y cuestiones teórico-prácticas (55 %).

La asignatura se considerará superada si la media ponderada de las tres calificaciones según los porcentajes indicados es igual o mayor de 5.

Los alumnos que no opten por la evaluación continua o que no superen la asignatura por dicho procedimiento podrán realizar una prueba global de evaluación, que supondrá el 100 % de la calificación final, tanto en la primera como en la segunda convocatoria. Esta prueba consistirá en un prueba escrita sobre todos los contenidos abordados en el desarrollo de la asignatura. Los alumnos que quieran mejorar su calificación de evaluación continua también podrán realizar la prueba global en la primera convocatoria, manteniendo la mejor de las calificaciones obtenidas.

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 Máster y al Reglamento de Normas de Evaluación del Aprendizaje (https://ciencias.unizar.es/normativas-asuntos-academicos). 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.

4. Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1. Presentación metodológica general

El proceso de aprendizaje diseñado para la asignatura está basado esencialmente en clases expositivas de carácter participativo que se complementarán con clases de problemas, seminarios y tutorías. En las clases de teoría se expondrán los fundamentos de las técnicas, su aplicabilidad y el tipo de información que se puede extraer de cada una de ellas. En las clases de problemas se plantearán ejemplos prácticos enfocados a extraer datos sobre determinados sistemas químicos a partir de resultados provenientes de distintas técnicas instrumentales de entre las revisadas en la asignatura. Ambos tipos de clases se podrán ilustrar con seminarios prácticos ante el equipamiento correspondiente.

Además, se diseñarán casos prácticos, que el profesor propondrá para realizar de forma individual o en grupo, enfocadas al planteamiento de un protocolo de estudio de una muestra problema o a la interpretación de datos obtenidos a partir de las técnicas estudiadas accesibles en nuestros institutos.

4.2. Actividades de aprendizaje

Clases expositivo-participativas (2.4 ECTS)

Resolución de problemas, desarrollo de seminarios, casos prácticos (1 ECTS)

Prácticas con grandes equipos (0.6 ECTS)

Tutorías en grupo reducido o personalizadas.

Las actividades docentes y de evaluación se llevarán a cabo de modo presencial salvo que, debido a la situación sanitaria, las disposiciones emitidas por las autoridades competentes y por la Universidad de Zaragoza obliguen a realizarlas de forma telemática o semi-telemática con aforos reducidos rotatorios.

4.3. Programa

Los contenidos del curso se dividen en los siguientes módulos:

1. Técnicas de caracterización estructural.


Resonancia Magnética Nuclear (RMN) de estado sólido y materia blanda; técnicas de caracterización superficial como la espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS); espectroscopia de absorción de rayos X; dicroísmo circular.


2. Técnicas de caracterización morfológica y de composición.


Microscopías avanzadas: microscopías electrónicas (TEM, SEM), microscopías de proximidad (AFM, STM).


3. Técnicas de caracterización térmica.


Calorimetría diferencial de barrido (DSC); análisis termogravimétrico (TGA).


4. Técnicas de caracterización magnética.


Resonancia paramagnética de electrónica (EPR); propiedades magnéticas.

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 la página web de la Facultad de Ciencias: https://ciencias.unizar.es/calendario-y-horarios. La presentación de trabajos se realizará de acuerdo al calendario que se anunciará oportunamente con la suficiente antelación.

En reprografía y/o a través del Anillo Digital Docente se proporcionará al alumno diverso material docente preparado por los profesores de la asignatura (https://moodle2.unizar.es/add/).

Las actividades programadas se realizarán durante el segundo semestre en sesiones de cuatro horas semanales. Los horarios de la asignatura y fechas de exámenes se publican en la página web de la Facultad de Ciencias: https://ciencias.unizar.es/calendario-y-horarios, así como en la propia web del máster: http://masterqmch.unizar.es.

La presentación de trabajos se realizará de acuerdo al calendario que se anunciará oportunamente con suficiente antelación.