Nombre de la asignatura: Química. Carrera : Ingeniería Mecánica. Clave de la asignatura: ACC Horas teoría horas practicas créditos:

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1 Nombre de la asignatura: Química Carrera : Ingeniería Mecánica Clave de la asignatura: ACC-9326 Horas teoría horas practicas créditos: UBICACIÓN DE LA ASIGNATURA A) RELACIÓN CON OTRAS ASIGNATURAS DEL PLAN DE ESTUDIO ING. ELECTRICA Ninguna ASIGNATURAS ING. ELECTROMECANICA Ninguna ING. ELECTRONICA Ninguna ING. INDUSTRIAL Ninguna ING. MECANICA Ninguna ING. EN MATERIALES Ninguna ANTERIORES TEMAS POSTERIORES ING. ELECTRICA Electrónica I Terna Compresores ASIGNATURAS Tecnología de Potencia II Sistemas de utilización de la Energía Eléctrica III Tecnología de los Materiales Teoría atómica - Semiconductores - Baterías - Fuentes ininterrumpibles - Estructura molecular - Propiedades de materiales TEMAS ING. ELECTROMECANICA Tecnología de los Materiales - Propiedades mecánicas de los materiales - Diagramas de fase 1

2 - Metales y aleaciones - Corrosión Termodinámica Motores de combustión Interna y Compresores ING. ELECTRONICA Física de Semiconductores ING. INDUSTRIAL ING. MECANICA Ingeniería Térmica Motores de combustión Interna y Compresores Propiedades de los Materiales I y II Procesos de Manufactura I - Conceptos básicos - Equilibrio entre fase - Primera Ley de la Termodinámica - Estequiometría - Materiales semiconductores - Teoría de bandas - Tratamiento de aguas - Combustibles y Combustión - Todos - Todos ING. EN MATERIALES Química Analítica - Todos Análisis Química Instrumental Mineralogía y Cristalografía Termodinámica B) APORTACIÓN DE LA ASIGNATURA AL PERFIL DEL EGRESADO INGENIERIA ELECTRICA Herramienta necesaria para la selección de materiales utilizados en proyectos de Ingeniería Eléctrica. INGENIERIA ELECTROMECANICA Proporciona los conceptos básicos sobre la estructura de la materia y su comportamiento químico, para comprender el comportamiento estructural de los materiales y los sistemas electromecánicos. INGENIERIA ELECTRONICA Materia de conocimientos básicos que sirven de apoyo para materiales que directamente contribuyen al perfil profesional. INGENIERIA INDUSTRIAL Proporciona al estudiante un entendimiento general de los procesos industriales en el área de Química. 2

3 INGENIERIA MECANICA Proporciona los conceptos básicos sobre la estructura de la materia y su comportamiento químico, para comprender el comportamiento estructural de los materiales y los sistemas mecánicos. INGENIERIA EN MATERIALES Dará al alumno los conocimientos básicos para la comprensión y desarrollo en los distintos procesos de obtención de concentrados de minerales, metales, aleaciones y técnicas metalúrgicas. 3.- OBJETIVOS GENERALES DEL CURSO Adquirir los conocimientos básicos sobre la estructura de los compuestos químicos orgánicos e inorgánicos, así como su nomenclatura, propiedades físicas, reactividad e impactos económico y ambiental. 4.-TEMARIO NUMERO TEMAS SUBTEMAS I Teoría Cuántica y Estructura Atómica 1.1 Base experimental de la teoría cuántica Radiación del cuerpo negro y teoría de Planck Efecto fotoeléctrico Espectros de emisión y series espectrales 1.2 Teoría atómica de Bohr 1.3 Ampliación de la teoría de Bohr: Teoría atómica de Sommerfield 1.4 Estructura atómica Principio de dualidad (comportamiento de electrón: partícula onda). Postulado de Broglie Principio de incertidumbre de Heissenberg Ecuación de onda de Schödinger Significado físico de la función µ Solución de la ecuación de onda y su significado físico: orbitales s, p, d, f Teoría cuántica y configuración electrónica Distribución electrónica en sistemas polielectrónicos Niveles de energía de los orbitales Principio de exclusión de Pauli Principio de Aufbau o de construcción Principio de máxima multiplicidad de Hund Configuración electrónica de los elementos Hibridación de orbitales teoría de la hibridación Formación, representación y características de los orbitales híbridos: sp3, sp2, sp, d2sp3, dsp2, sd3, dsp3 II Los Elementos Químicos: Clasificación Periódica, Propiedades 2.1 Características de la clasificación periódica moderna de los elementos 2.2 Propiedades atómicas y su variación periódica Carga nuclear efectiva Tamaño atómico 3

4 Atómicas e Impacto Económico y Ambiental Energía e ionización Afinidad electrónica Número de oxidación Electronegatividad 2.3 Impacto económico o ambiental de algunos elementos Clasificación de los metales de acuerdo a como se encuentran en la naturaleza Clasificación de los metales por su utilidad Elementos de importancia económica, excluyendo a los metales Elementos contaminantes III Enlace, Estructura, y propiedades en Compuestos Químicos 3.1 Introducción Concepto de enlace químico Clasificación de los enlaces químicos Aplicaciones y limitaciones de la Regla del Octeto 3.2 Enlace covalente Teorías para explicar el enlace covalente y sus alcances Enlace de valencia Orbital molecular 3.3 Enlace irónico Requisitos para la formación del enlace irónico Propiedades de lo compuestos iónicos Formación de iones Redes cristalinas Estructura Energía Radios iónicos 3.4 Enlace metálico Clasificación de los sólidos en base a su conductividad eléctrica: aislante, conductor, semiconductor Teoría para explicar el enlace y propiedades (conductividad) de un arreglo infinito de átomos de un elemento en un cristal: Teoría de las bandas 3.5 Fuerzas intermoleculares y propiedades físicas Tipos de fuerzas Van der Waals Dipolo Dipolo Puente de hidrógeno Electrostáticas Influencias de las fuerzas intermoleculares en las propiedades físicas IV Compuestos Químicos: Tipos, Nomenclatura, Reacciones e Impacto Económico y Ambiental COMPUESTOS INORGANICOS 4.1 Oxidos Definición Clasificación Formulación Nomenclatura 4.2 Hidróxidos Definición Clasificación 4

5 4.2.3 Formulación Nomenclatura 4.3 Acidos Definición Clasificación Formulación Nomenclatura 4.4 Sales Definición Clasificación Formulación Nomenclatura 4.5 Hidruros Definición Clasificación Formulación nomenclatura 4.6 Reacciones químicas Clasificación R. De combinación R. De descomposición R. De sustitución R. De neutralización R. De óxido reducción Ejemplo de reacciones en base a la clasificación anterior, incluyendo reacciones con utilidad (de procesos industriales, de control de contaminación ambiental, de aplicación analítica, etc.) COMPUESTOS ORGANICOS 4.7 Reacciones químicas Clasificación Sustitución Adición Eliminación Transposición Oxido reducción V VI Introducción al Equilibrio Químico 6.1 Concepto de equilibrio químico y Ley de acción de masas 6.2 Constante de equilibrio en términos de concentración Deducción de la K Principios de Le Chatelier Cálculo de las concentraciones de las especies en la conducción de equilibrio 6.3 Constante de equilibrio químico en términos de actividad Electrolitos fuertes y débiles Deducción de la Ko Cálculos de fuerza iónica; coeficientes de actividad a partir de las ecuaciones de Debye-Hückel y de Davies; y de la constante de equilibrio 6.4 Equilibrio de ácido base en sistemas acuosos 5

6 6.4.1 Concepto de ácido y base de acuerdo a la teoría de Brönsted y Lowry La disociación del agua y el concepto de ph Procedimientos para el cálculo de [H+], ph, [-OH] y poh en soluciones acuosas de ácidos y bases fuertes, y ácidos y bases débiles 5.- APRENDIZAJES REQUERIDOS 6.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS - Realizar una visita al centro de información (biblioteca y hemeroteca) de su Instituto, donde el maestro muestre a los alumnos el material que allí existe como apoyo al curso y el manejo adecuado de éste. - En la primera sesión de laboratorio, antes de resumir los procedimientos para garantizar la seguridad e higiene en el trabajo a realizar en éste, invitar a los alumnos para que por grupos generan ideas al respecto con sus justificaciones correspondientes. - Participación del alumno en : a) La realización de modelos a escala de compuestos químicos sencillos, donde se presenten hibridaciones de cualquiera de los siguientes elementos: Boro, Carbono, Silicio, Hidrógeno, Oxigeno, Fósforo, Azufre o Halógenos, especificando criterios de escalamiento y geometría del o de los orbitales híbridos implicados. b) El desarrollo de una investigación bibliográfica y de campo que le permita presentar en seminarios, auxiliándose de diagramas de flujo : El proceso de producción en nuestro país, de un elemento químico de un compuesto inorgánico u orgánico, que sean de importancia para el campo de acción de su carrera de ingeniería. El proceso de producción de algún elemento químico, de un compuesto inorgánico u orgánico, que no se obtengan en nuestro país, pero que sean de importancia para el campo de acción de su carrera de ingeniería. El proceso de producción o control de la contaminación ambiental generada por algún elemento químico o por un compuesto inorgánico u orgánico. c) La discusión dentro del aula de la relación entre la estructura química de los componentes de materiales importantes para el campo de acción de diferentes carreras de ingeniería y sus aplicaciones. d) Prácticas y talleres acordes con las unidades de aprendizaje. 7.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN - Para evaluar el aprendizaje logrado por el estudiante se recomienda tomar en cuenta : El modelo a escala del compuesto químico Los seminarios realizados a lo largo del curso 6

7 La participación en las discusiones que en el aula se desarrollan a través del curso así como en los seminarios La actividad organizada dentro de las sesiones prácticas (laboratorio y taller) Los reportes de las prácticas Los exámenes escritos. 8-. UNIDADES DE APRENDIZAJE NUMERO DE UNIDAD: I NOMBRE DE LA UNIDAD: TEORIA CUANTICA Y ESTRUCTURA ATOMICA OBJETIVO EDUCACIONAL Relacionará y utilizará las bases de la química moderna en su aplicación para el conocimiento de la estructura atómica: Orbitales Atómicos, Configuración Electrónica, Orbitales Híbridos. ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE PARA EL LOGRO DEL OBJETIVO EDUCACIONAL SÉ REQUIERE QUE EL ALUMNO: 1.1 Explique cómo la teoría de Planck supera la dificultad que establece la teoría electromagnética clásica al decir que una carga eléctrica acelerada debe radiar energía y que por lo tanto un electrón que se mueve alrededor del núcleo también radiará energía y se moverá en una órbita en espiral, de radio decreciente hasta que finalmente desaparece en el núcleo. 1.2 Defina los términos: radiación electromagnética, espectro de emisión, espectroscopia, espectroscopio. Realice los cálculos para determinar la frecuencia, longitud de onda y número de onda de la radiación emitida cuando un electrón asalta o pasa de una órbita de número cuántico principal n(2) y Energía 1.3 E(2) a una órbita de menor Energía E(1) y número cuántico principal más pequeño n(1). 1.4 Explique de manera resumida la relación de la ecuación de Schrodinger con los números cuánticos (n, l, m) y los orbitales atómicos (s, p, d, f). 1.5 Distinga en forma clara los siguientes aspectos de la estructura de un átomo y describa las funciones correspondientes a los orbitales 1s, 2s, 2p, 3s y 3p: - Función de onda radial - Función de probabilidad radial - Función de onda angular - Función de probabilidad angular - Mapa de contorno de densidad electrónica 1.6 Escriba las configuraciones Electrónicas de BIBLIOGRAFIA

8 los elementos que se soliciten, determinando el número de electrones no apareados en el estado fundamental y los términos espectroscopios asociados a los estados fundamentales. 1.7 Defina los términos: hibridación y orbital híbrido. 1.8 Indique la formación y características de cualquiera de los siguientes orbitales: sp3, sp2, sp, d2sp3, dsp2, sd3, dsp Realice modelos a escala de compuestos químicos sencillos, donde se presente hibridaciones de cualquiera de los siguientes elementos: Boro, Carbono, Silicio, Nitrógeno, Oxígeno, Fósforo, Azufre, Halógenos, especificando criterios de escalamiento y geometría de o de los orbitales híbridos implicados. NUMERO DE UNIDAD: II NOMBRE DE LA UNIDAD: : LOS ELEMENTOS QUIMICOS OBJETIVO EDUCACIONAL ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE PARA EL LOGRO DEL OBJETIVO EDUCACIONAL SÉ REQUIERE QUE EL ALUMNO: 2.1 Defina los términos: Carga Nuclear Efectiva, Tamaño Atómico Energía de Ionización, Afinidad Electrónica, Número de Oxidación y Electronegatividad. 2.2 Aplique la regla empírica de Slater para calcular el efecto de Pantalla. 2.3 Explique la influencia de n y de la Carga Interpretará el Nuclear Efectiva en el Tamaño Atómico (o comportamiento de tendencia de Tamaño Atómico). los elementos según 2.4 De una serie de elementos presentados en su ubicación en la forma de pares, indique cual es el que Clasificación Periódica tiene mayor Energía de Ionización, la Moderna e mayor Electronegatividad, justificando en identificará los cada caso su elección. beneficios y riesgos 2.5 Calcule el número de Oxidación de los asociados a los átomos incluidos en una serie de fórmulas elementos químicos. que se le presenten. 2.6 Desarrolle una investigación bibliográfica y de campo que le permita presentar en forma escrita: - el proceso de producción en nuestro país de algún elemento importancia económica, o - el proceso de producción de algún elemento de importancia económica que no se obtenga de nuestro país, ya sea por BIBLIOGRAFIA

9 carecer de la fuente de obtención o por no disponer de la tecnología, o - el proceso de descontaminación ambiental aplicando a nuestro país o en el exterior, para el control de determinado elemento tóxico. 2.7 Relacione las propiedades físicas (estado físico, punto de ebullición, solubilidad) de compuestos inorgánicos, con el tipo de fuerzas intermoleculares presentes en NUMERO DE UNIDAD: III NOMBRE DE LA UNIDAD: ENLACE, ESTRUCTURA Y PROPIEDADES EN COMPUESTOS QUIMICOS OBJETIVO EDUCACIONAL nterpretará el comportamiento (propiedades físicas y reactividad) de los compuestos químicos ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE PARA EL LOGRO DEL OBJETIVO EDUCACIONAL SE REQUIERE QUE EL ALUMNO: 3.1 Defina los términos: enlace covalente, enlace irónico y enlace metálico 3.2 Indique las condiciones de formación que permiten predecir la formación de un enlace covalente, de un enlace irónico y de un enlace metálico 3.3 Escriba estructura de Lewis de compuestos químicos 3.4 Aplique la teoría de enlace de Valencia para explicar la geometría en compuestos químicos sencillos. 3.5 Aplique la teoría del Orbital Molecular para explicar de los enlaces en compuestos químicos sencillos, lo siguiente: - tipo de Orbitales que forman el Orbital Molecular - tipo de enlaces u orbitales moleculares que se originan - longitud de enlace - ángulo de enlace - energía de enlace - polaridad del enlace Distinga las disposiciones más comunes de los iones en cristales (estructuras de redes cristalinas iónicas) y realice cálculos de aspectos energéticos de la formación de éstas redes (entalpía de 3.6 Formación de un compuesto irónico). 3.7 Explique sobre la base de la teoría de Bandas el comportamiento de un sólido como: Aislante, conductor o semiconductor. 3.8 Justifique sobre la base de fuerzas intermoleculares, determinadas propiedades físicas de un compuesto químico (ejem. Solubilidad, punto de fusión, punto de ebullición, etc.) BIBLIOGRAFIA

10 NUMERO DE UNIDAD: IV NOMBRE DE LA UNIDAD : COMPUESTOS QUIMICOS OBJETIVO EDUCACIONAL Distinguirá los principales tipos de compuestos químicos a través de sus formulas, nomenclatura, reactividad e impacto económico y ambiental. ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE Para el logro del objetivo educacional, se requiere que el alumno: 4.1 Para cada una de las reacciones que se le presenten - En el caso de reacciones inorgánicas identifique en los reactivos y productos, si son óxidos, hidróxidos, ácidos, sales o Hidruros - En el caso de reacciones orgánicas identifique los grupos funcionales a los que pertenecen a los que pertenecen los reactivos y los productos - determine la clasificación de cada una de las reacciones. 4.2 Indique la nomenclatura tradicional y UIQPA de las fórmulas que se le presenten o escriba las fórmulas correctas de los compuestos que le soliciten. 4.3 Desarrolle una investigación bibliográfica y de campo, que le permita presentar en forma escrita: - El proceso de producción en nuestro país de algún compuesto químico de importancia económica, o - El proceso de descontaminación ambiental aplicado en nuestro país o en el exterior, para el control de determinado compuesto químico tóxico BIBLIOGRAFIA 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 9, 10 11, 12, 13, 14, 15, 16 17, 19 20, 21 22, 23 24, NUMERO DE UNIDAD: V NOMBRE DE LA UNIDAD: ESTEQUIOMETRIA OBJETIVO EDUCACIONAL Resolverá problemas que impliquen relaciones numéricas vinculadas a la composición de la materia y sus transformaciones. ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE Para el logro del objetivo educacional, se requiere que el alumno: 5.1 Defina los términos Estequiometría, átomo gramo, mol gramo, volumen gramo molecular, número de Avogadro, reactivo limitante, reactivo en exceso, redimiento 5.2 Relacione el enunciado de las Leyes estequiométricas con el nombre correspondiente 5.3 Balancee una serie de reacciones químicas por el método que se le solicite 4.3 Realice cálculos estequiométricos aplicados a reacciones químicas BIBLIOGRAFIA 1, 2 3, 4 6, 7 9, 11 12, 14 16, 19 20, 25 10

11 NUMERO DE UNIDAD: VI NOMBRE DE LA UNIDAD: : INTRODUCCION AL EQUILIBRIO QUIMICO OBJETIVO EDUCACIONAL Distinguirá las aplicaciones de los principios del equilibrio químico en la resolución de problemas sobre el comportamiento de electrolitos en soluciones acuosas ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE Para el logro del objetivo educacional, se requiere que el alumno: 6.1 Defina los siguientes términos o los relacione correctamente con su significado: Equilibrio químico Ley de acción de masas, Principio de Le Chatelier, Electrolito fuerte, Electrolito débil, fuerza iónica, ácido y base según Brönsted y Lowry, ph, poh, Acido fuerte, base fuerte, Acido débil, Base débil 6.2 Solucione problemas implicados en reacciones sujetas a la condición de equilibrio químico, tales como: - Cálculo de las concentraciones de las especies químicas (condición inicial y en el equilibrio) - Análisis del efecto de los cambios de concentración sobre el equilibrio químico (aplicación del principio de Le Chatelier) 6.3 Realice cálculos de: fuerza iónica, coeficientes de actividad y Ko 6.4 Realice cálculos de [H+], ph, [-OH] y poh de soluciones acuosas de ácidos fuertes, bases fuertes, ácidos débiles y bases débiles. BIBLIOGRAFIA BIBLIOGRAFÍA.- BARGALLO. M. TRATADO DE QUIMICA INORGANICA Ed. PORRUA 2.- BLOWN, T. L. y Le MAY, H. E. QUIMICA: LA CIENCIA CENTRAL Ed. PRENTICE HALL HISPANOAMERICANA 3.- COTON, F. A. Y WILKINSIN, G. BASIC INORGANIC CHEMISTRY Ed. JOHN WILEY & SONS 4.- BRESCIA, F., MEHLMAN. S., PELLEGRINI, F. C. Y STAMBLER QUIMICA Ed. INTERAMERICANA 5.- CARTWELL, E. Y FOWLES, G. A. VALENCIA Y ESTRUCTURA MOLECULAR Ed. REVERTE 11

12 6.- FREY. P. R. PROBLEMAS DE QUIMICA Y COMO RESOLVERLOS Ed. CONTINENTAL 7.- GARZON, G. FUNDAMENTOS DE QUIMICA GENERAL Ed. McGRAW-HILL 8.- HUHEEY, J. E. QUIMICA INORGANICA Ed. HARLA 9.- KEENAN, CH. W. Y WOOD, J. H. QUIMI CA GENERAL UNIVERSITARIA Ed. CONTINENTAL 10.- MANKU, G. S. PRINCIPIOS DE QUIMICA INORGANICA Ed. McGRAW-HILL 11.- MORTIER, CH. E. QUIMICA GRUPO EDITORIAL IBEROAMERICANA 12.- REDMORE, F. H. FUNDAMENTOS DE QUIMICA Ed. PRENTICE HALL 13.- SHRIVER, D. F., ATKINS, P. W. Y LANGFORD. C. H. INORGANIC CHEMISTRY Ed. OXFORD UNIVERSITY PRESS 14.- SEESE, W. S. Y DAUB, G. W. QUIMICA Ed. PRENTICE- HALL 15.- SOLOMONS, T. W. G. ORGANIC CHEMISTRY Ed. JOHN WILEY & SONS 16.- WHITTEN, K. W. Y GAILEY, K. D. QUIMICA GENERAL Ed. INTERAMERICANA 17.- WINGROVE, A. S. y CARET, R. L. QUIMICA ORGANICA Ed. HARLA B I B L I O G R A F I A D E C O N S U L T A 18.- ARMOUR, M. A. HAZARDOUS LABORATORY CHEMICALS: DISPOSAL GUIDE Ed. McGRAW-HILL 12

13 19.- DEAN, J. A. LANGE S HANDBOOK OF CHEMISTRY Ed. JOHN WILEY & SONS 20.- GRAYSON, M. y ECKROTH. D. KIRK OTHMER ENCYCLOPEDIA OF CHEMICAL TECHNOLOGY Ed. JOHN WILEY & SONS 21.- HOWARD, P. H. HANDBOOK OF ENVIRONMENTAL DEGRADATION RATES Ed. LEWIS PUBLISHERS 22.- INSTITUTO NACIONAL DE ESTADISTICA GEOGRAFIA E INFORMATICA (INEGI) ANUARIO ESTADISTICO DE COMERCIO EXTERIOR DE LOS ESTADOS UNIDOS MEXICANOS 23.- GARRITZ, A. y CHAMIZO, J. A. QUIMICA SUBSECRETARIA DE EDUCACION E INVESTIGACION TECNOLOGICAS CONSEJO NACIONAL DEL SISTEMA DE EDUCACION TECNOLOGICA 24.- LEIGH, G. J. NOMENCLATURE OF INORGANIC CHEMISTRY: RECOMMENDATIONS 1990 Ed. BLACKWELL SCIENTIFIC PUBLICATIONS 25.- LIDE, D. R. CRC HANDBOOK OF CHEMISTRY AND PHYSICS Ed. CRC PRESS 26.- SELINGER, B. CHEMISTRY IN THE MARKETPLACE Ed. HARCOURT BRACE JOVANOVICH REVISTAS - JOURNAL OF CHEMICAL EDSUCATION - CHEMICAL WEEK - REVISTA DE LA SOCIEDAD QUIMICA DE MEXICO 10.- PRACTICAS PROPUESTAS En este punto, se deberán elaborar las Guías de Prácticas con base en la metodología oficial emitida, para tal efecto. 13