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FÍSICA ATOMICA Y MOLECULAR 
Curso académico 2011/2012 
 
 
Identificación y características de la asignatura 
Denominación FÍSICA ATOMICA Y MOLECULAR Código 109067 
Créditos (T+P) 4T+2P 
Titulación 
LICENCIADO EN CIENCIA FISICAS 
Centro FACULTAD DE CIENCIAS 
Curso II CICLO Temporalidad 1º CUATRIMESTRE 
Carácter OPTATIVA 
Descriptores 
(BOE) 
Descripción cuántica de átomos multielectrónicos. 
Campos externos. Enlace. Estructura y espectros 
moleculares. 
Nombre 
Despa
cho 
Correo-e Página web Profesor/es 
 
 
 
 
JAIME SAÑUDO ROMEU B007 jsr@unex.es http://ww
w.unex.es/
fisica/ 
Área de 
conocimiento 
FÍSICA ATOMICA, MOLECULAR Y NUCLEAR 
Departamento FISICA 
Profesor 
coordinador (si 
hay más de uno) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Objetivos y/o competencias 
 
 2
 
OBJETIVOS GENERALES DE LA ASIGNATURA 
 
- Tener una visión de la naturaleza de los espectros atómicos y manejo 
de las unidades atómicas 
- Comprender la influencia de las correcciones relativistas para partículas 
de spín cero y de spín ½. 
- Conocimiento de la estructura fina de los niveles atómicos. 
- Comprensión de la estructura hiperfina de los niveles atómicos, y de la 
influencia de la estructura del núcleo. 
- Saber la influencia de un campo magnético estático externo sobre el 
átomo. 
- Saber la influencia de un campo eléctrico estático externo sobre el 
átomo. 
- Conocer con detalle la descripción cuántica del primer átomo complejo 
de la tabla periódica: El átomo de Helio. 
- Comprender la antisimetrización de la función de onda: Efectos del spín 
de los electrones. 
- Comprender el modelo de partículas independientes. Las 
configuraciones y la Tabla periódica. 
- Saber describir cuánticamente a los átomos multielectrónicos. 
- Conocimiento del método de Thomas Fermi y del método del campo 
autoconsistente. 
- Comprender el efecto de la interacción spín-orbita: Acoplamiento L-S y 
j-j para describir los estados electrónicos. 
- Se quiere dar una visión del mundo atómico lo más auto contenida y 
auto consistente posible. Se pretende que el alumno asimile los 
rudimentos de la Física Atómica, principalmente átomos con un 
electrón, y comprensión de la tabla periódica de los elementos. Según 
disponibilidades de horario se pretende lo mismo con la Física 
Molecular. 
 
OBJETIVOS ESPECIFICOS: APTITUDES/DESTREZAS 
 
- Conocimiento de la ecuación de Klein-Gordon. 
- Conocimiento de la ecuación de Dirac. 
- Saber enfrentarse a un átomo hidrogenoideo teniendo en cuenta las 
estructura fina e hiperfina. 
- Cuantificar la influencia en un átomo con un solo electrón de la 
actuación sobre él de campos magnéticos y electrostáticos estáticos 
externos. 
- Saber construir las funciones de onda para un átomo de dos electrones 
usando funciones hidrogenoides. 
- Saber calcular por el método variacional la energía de un átomo de dos 
electrones. 
- Conocer el significado de Configuración, Término y Multiplete. 
- Saber determinar los Términos asociados a una Configuración 
electrónica. 
- Saber calcular la corrección spín-orbita sobre un Término. 
- Saber calcular el desdoblamiento de un término bajo la presencia de un 
campo magnético. 
 
 3
 
 
Temas y contenidos 
(especificar prácticas, teoría y seminarios, y actividades en general, en su caso) 
 
TEMARIO * 
 
1. INTRODUCCIÓN. 
 1.1 Naturaleza de los aspectos atómicos. 
 1.2 Rayos X. 
 1.3 Unidades atómicas. (Teoría y Problemas) 
 
 
2. ÁTOMOS CON UN ELECTRÓN. 
 2.1 La ecuación de Klein-Gordon. 
 2.2 La ecuación de Dirac. 
 2.3 Átomos hidrogenoidéos. Estructura fina. Efecto Lamb. 
 2.4 Interacción de átomos con campos estáticos externos. 
 2.5 Efectos Zeeman y Pashen-Back. Efecto Stark. 
 2.6 Estructura hiperfina. (Teoría y Problemas) 
 
 
3. ÁTOMOS COMPLEJOS. 
 3.1 Átomos con dos electrones. Átomo de Helio. Paraestados y Ortoestados. 
Cálculo perturbativo. Cálculo variacional. 
 3.2 Configuraciones. Regla de Madelung. Tabla periódica. 
 3.3 Modelo de partículas independientes. Principio de Pauli: elementos de matriz. 
 3.4 El método de Thomas-Fermi. 
 3.5 Método del campo autoconsistente. Ecuaciones de Hartree y de Hartree-Fock. 
 3.6 Ecuaciones de Hartree-Fock con simetría esférica. Resultados y ejemplos. 
 3.7 Correcciones a la aproximación central. Acoplo LS. Términos. Reglas de 
Slater y Hund. Regla de Landé. Acoplo jj. 
 3.8 Interacción residual entre dos electrones. Cálculos generales en acoplamiento 
LS: Funciones de onda multiplete. (Teoría y Problemas) 
 
4. INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA MOLECULAR. 
 4.1 Introducción. La aproximación de BORN-OPPENHEIMER. Rotación y 
vibración de moléculas diatómicas. 
4.2 Estructura electrónica de las moléculas diatómicas. Ión de la molécula de 
hidrógeno. Hidrógeno molecular. Otras moléculas diatómicas. Estructura de 
moléculas poliatómicas. 
 4.3 Otras cuestiones de Física Molecular: Fuerzas de Van der Waals. Energía 
rotacional de moléculas diatómicas. Espectro vibracional-rotacional de 
moléculas diatómicas. Espectro electrónico de moléculas diatómicas. El spin 
nuclear. (Teoría y Problemas) 
 
 
 
 4
Este último tema, dependerá su impartición de las disponibilidades horarias, y en todo 
caso será meramente descriptivo. 
 
 
 
TEMPORIZACION DE LA ASIGNATURA 
 
La Asignatura de Física Atómica y Molecular abarca medio curso anual, dicho de otra 
manera un semestre en el lenguaje de Bolonia, o en lo que todos entendemos mejor 
como un cuatrimestre. Si somos más realistas debemos descontar las vacaciones de 
Navidad. Es decir, nos quedan unos tres meses y medio, o lo que es lo mismo de unas 
15 semanas (habrá algún día que caiga en fiesta o algún puente, dejamos esas 
“pequeñas” correcciones). Especificando un poco más tenemos La siguiente 
distribución. 
Tema 1: 1 semana 
Tema 2: 6,5 semanas 
Tema 3: 6,5 semanas 
Tema 4: 1 semana (según disponibilidades horarias) 
 
 
METODOLOGÍA DE LA ENSEÑANZA Y ACTIVIDADES 
METODOLOGIA DE LA ENSEÑANZA 
 
 
1) Debemos recordar que el curso de Física Atómica y Molecular está concebido 
como un curso Teórico, es decir no hay prácticas de laboratorio. Las prácticas 
previstas corresponden a las clases de Problemas y a algún trabajo propuesto al 
alumno . 
2) Se utilizarán en el desarrollo del curso, con diverso grado de aplicación según 
sea clase de problemas, clase teórica, trabajos de los alumnos, etc., todos lo 
medios disponibles: Pizarra, Proyector de transparencias y Cañón (y también, 
en la medida de lo posible, el Campus Virtual). 
3) Cada tema, en su desarrollo, está trufado de pequeños ejercicios y/o problemas 
para ayudar al alumno en la comprensión de los conceptos. 
4) Cada tema al final lleva su hoja de ejercicios (problemas) correspondiente. De 
hecho, se hacen un número suficiente de ejercicios para ir aclarando al alumno 
las sucesivas lecciones en que se divide cada Tema. 
5) Se procurará la participación activa del alumno para facilitar las tareas de 
aprendizaje. La manera de conseguirlo será mediante una adecuada interacción 
profesor alumno a través de las preguntas del profesor a los alumnos en clase a 
lo largo del curso, así como mediante la realización, por parte del alumno, de 
los trabajos propuestos. Con todo esto se logrará la motivación del alumno. 
Para más detalles ver Sistemas de evaluación. 
6) Se procurará potenciar también la participación de los alumnos integrados en 
equipo (si el número de alumnos es suficiente para esto, ver Sistemas de 
 
 5
evaluación). 
 
ACTIVIDADES 
 
Al alumno, por otra parte, se le ofrecen una serie de actividades que completarán 
su formación tal como vienen descritas en los criterios de valuación. Estas actividades 
ayudarán al alumno al estudio y comprensión de la asignatura logrando la motivación, 
clave de todo impulso humano. Dichas actividades viene desglosadas en el apartado 
Sistemas de evaluación, pero aquí indicamos los puntos clave: 
 
1) Participación activa en clase. 
 
2) Realizaciónde ejercicios tanto individualmente como en equipo (si hay 
número suficiente de alumnos). 
 
3) Exposición y defensa en público de trabajos, temas y ejercicios. 
 
4) Resolución de ejercicios y problemas en el examen de la asignatura (si fueran 
necesario debido al gran número de alumnos), con los cuales se puede apreciar 
tanto la capacidad del alumno para resolver cuestiones concretas de la Física 
Atómica y Molecular como su grado de comprensión de los conceptos. 
. 
 
RECOMENDACIONES PARA EL ESTUDIO 
 
1) Se recomienda al alumno tener aprobada la asignatura de Mecánica Cuántica 
de cuarto curso de Físicas. 
2) El alumno debería asistir a las clases de forma continuada e ininterrumpida, 
participando de forma activa en el desarrollo de la asignatura. De esta forma, 
le será menos arduo asimilar los conceptos físicos que se desarrollarán en la 
misma. 
3) Como corolario de lo anterior, es conveniente que las horas de estudio 
personal del alumno para esta asignatura se distribuyan temporalmente de 
manera uniforme a lo largo del cuatrimestre. 
4) Es fundamental que parte del trabajo personal del alumno se dedique tanto a la 
resolución de los problemas propuestos por el profesor a lo largo del 
cuatrimestre como a la realización de los propuestos en las hojas de ejercicios. 
5) Por último, es aconsejable que el alumno haga uso de las tutorías de libre 
acceso, de modo que pueda hablar con el profesor tanto de aspectos concretos 
sobre la materia como de la evolución de su aprendizaje en la asignatura. 
 
 
 
 
 
 
 
 6
Física Atómica y Molecular en la WEB y Campus 
Virtual 
 
 
Física Atómica y Molecular en la WEB 
 
 Actualmente sólo tenemos acceso a una página WEB colectiva de la 
Universidad otra de la Facultad de Ciencias, y finalmente una última para el 
Departamento de Física, cuya dirección he puesto en la primera hoja. Sólo 
ciertos profesores en un primer momento pudieron obtener el correspondiente 
permiso. La mayoría estamos pendientes de la regularización de la creación de 
páginas WEB personales por parte de la Universidad. No obstante puedo señalar 
que unas buenas referencias básicas para poder tener un curso Virtual en Física 
Atómica y Molecular las podemos obtener de las notas que aparecen en la 
asignatura de Mecánica Cuántica. 
 
 
 
 
Campus Virtual 
 
Actualmente la Universidad de Extremadura, en su constante modernización, 
ha puesto a disposición de los profesores otro poderoso medio didáctico que 
permite complementar las enseñanzas impartidas, se trata del Campus Virtual. 
Creo que como complemento didáctico es bastante interesante. Así, pondremos a 
disposición del alumno, en este Campus Virtual, temas y hojas de problemas. Esto 
servirá de estímulo a los alumnos presenciales pues les ayudará a enraizar los 
conocimientos; y además, los alumnos que no puedan asistir a clase de modo 
asiduo pueden tener con este medio un gran apoyo en su estudio. 
 
 
 
 
 
 
 
* Es recomendable establecer una temporalidad, al menos aproximada 
 
 7
 
Criterios de evaluación 
 
Se procurará un acercamiento lo más posible a la evaluación continua. La evaluación 
consistirá en demostrar haber alcanzado buen conocimiento y comprensión de los 
contenidos físico teóricos/prácticos desarrollados durante el curso mediante una de las 
siguientes dos posibilidades (siempre que se pueda, es decir dependiendo del número de 
alumnos, se procurará la 2 pues es la que más motiva al alumno): 
 
1) Un examen escrito. El cual consistirá en la resolución de unos ejercicios en los 
cuales se simultanean preguntas y cuestiones relacionadas con conceptos teóricos 
para ver la comprensión del alumno sobre la materia estudiada, así como el grado 
de entendimiento e interpretación de los resultados obtenidos en los diversos 
apartados que comprenden los ejercicios. Para la realización de los ejercicios, el 
alumno podrá disponer de un pequeño guión que él mismo habrá elaborado. 
 
2) O bien mediante la realización de ejercicios propuestos por el profesor junto con un 
trabajo o tema (esto dependerá según el número de alumnos) que perfectamente 
puede ser una lección de curso que deba prepararse el alumno. El trabajo o tema 
estará académicamente dirigido por el profesor de la asignatura. Obviamente la 
calificación final estará en función de las interacciones que el alumno necesite para 
la finalización de los ejercicios y trabajo. Se deberá defender el correspondiente 
trabajo en público. 
 
 
Bibliografía 
 
 
Libros Básicos 
 
 - B.H. BRANSDEN y C.J. JOACHAIN: Physics of atoms and molecules. 2ª 
edición. Prentice-Hall (2003). 
 - M. WEISSBLUTH: Atoms and molecules. Academic Press (1978). 
 - H.A. BETHE y R. JACKIW: Intermediate Quantum Mechanics. Benjamín 
(1968). 
 - C. SÁNCHEZ DEL RIO: Introducción a la teoría del átomo. Alambra (1977). 
 - W. GREINER: Relativistic Quantum Mechanics. 3ª edición. Springer (2000). 
 - C. COHEN-TANNOUDJI, B. DIU y F. LALOË: Mecanique Quantique. Tomes 
I et II. Hermann (1980). 
- A. GALINDO y P. PASCUAL: Mecánica Cuántica. Alhambra (1978). 
- G.K. WOOGATE: Elementary Atomic Structure. Oxford U.P. (1983). 
- R.D. COWAN: The Theory of Atomic Structure and Spectra. University of 
California (1981). 
- E.U. CONDON y G.H. SHORTLEY: The Theory of Atomic Spectra. Cambridge 
U.P. (1935). 
- E.U. CONDON y H. ODABASI: Atomic Structure. Cambridge U.P. (1980). 
- P.W. ATKINS : Molecular Quantum Mechanics. 3ª edición. Oxford U.P. (1997).
 
 
 8
 
Libros de Problemas 
 
 - Y. AYANT et E. BELORIZKY: Cours de Mécanique Quantique. Dunod (1974). 
- F. CONSTANTINESCU and E. MAGYARI: Problems in Quantum Mechanics. 
Pergamon Press (1982). 
- Y.K. LIM: Problems and solutions on Quantum Mechanics. World Scientific 
(1998). 
- S. FLÜGGE: Problems in Quantum Mechanics. Springer (1974). 
 
 
Bibliografía por temas 
 
 
TEMA 1: Bransden y Joachain 
TEMA 2:Bethe y Jackiw, Weissbluth, Bransden y Joachain 
TEMA 3: Bransden y Joachain, Weissbluth 
TEMA 4: Bransden y Joachain 
 
 
 
 
Tutorías 
(primer cuatrimestre) 
 
Según normativa vigente los horarios de las tutorías deben figurar en lugar visible. 
Habitualmente se podrán en la propia puerta del despacho, siendo generalmente el 
horario de 12 a 14 horas. No obstante, como el número de alumnos es poco 
numeroso no nos limitaremos a encorsetar las dudas, revisiones de exámenes, 
trabajos, etc. al horario previsto si no que habrá una disponibilidad, en general 
amplia, para atender todas estas cuestiones en otros horarios. 
 
Horario Lugar 
 
Lunes 
 
 
 
 
 
Martes 
 
 
 
 
 
Miércoles 
 
12 a 14 horas Habitualmente en el 
despacho del profesor 
(B007) 
 
Jueves 
 
12 a 14 horas 
 
Habitualmente en el 
despacho del profesor 
(B007) 
 
Viernes 
 
12 a 14 horas Habitualmente en el 
despacho del profesor 
(B007) 
 
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Tutorías 
(segundo cuatrimestre) 
 
Según normativa vigente los horarios de las tutorías deben figurar en lugar visible. 
Habitualmente se podrán en la propia puerta del despacho, siendo generalmente el 
horario de 12 a 14 horas. No obstante, como el número de alumnos es poco 
numeroso no nos limitaremos a encorsetar las dudas, revisiones de exámenes, 
trabajos, etc. al horario previsto si no que habrá una disponibilidad, en general 
amplia, para atender todas estas cuestiones en otros horarios. 
 
Horario Lugar 
 
Lunes 
 
 
 
 
 
Martes 
 
 
 
 
 
Miércoles 
 
12 a 14 horas Habitualmente en el 
despacho del profesor 
(B007) 
 
Jueves 
 
12 a 14 horas 
 
Habitualmente en el 
despacho del profesor 
(B007) 
 
Viernes 
 
12 a 14 horas Habitualmente en el 
despacho del profesor 
(B007)