FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES DEPARTAMENTO DE CIENCIAS QUÍMICAS

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1 FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES DEPARTAMENTO DE CIENCIAS QUÍMICAS Código-Materia: Química General y Laboratorio Correquisito: Espacio de Laboratorio de Química General Programa Semestre: Ingeniería Bioquímica 1er. Semestre Período académico: Intensidad semanal: 4 horas, 8 sesiones de laboratorio de 3 horas Créditos: 4 Descripción En Química General y Laboratorio se introducen algunos conceptos necesarios para entender las reacciones químicas. A través de este curso se busca que el estudiante comprenda el papel fundamental de la química en Ingeniería Bioquímica y que descubra la importancia de las ciencias químicas en los aspectos prácticos de la vida diaria. Se revisan algunos conceptos necesarios para poder enfrentar problemas químicos como el balanceo de ecuaciones químicas, los cálculos estequiométricos y la preparación de disoluciones. La materia es descrita a partir de relaciones de masa en las reacciones química. Se describen las ideas básicas de la cinética química y del equilibrio químico. En el laboratorio el estudiante tendrá la oportunidad de poner a prueba lo aprendido en el salón de clase y de adquirir las destrezas necesarias para manipular utensilios, vidriería y equipos de laboratorio. En el laboratorio se insiste fuertemente en el uso de los utensilios de seguridad para manipular sustancias químicas. Objetivos General: Revisar los conceptos básicos de la química a nivel cuantitativo y describir las sustancias químicas a escala atómica. Describir las reacciones químicas en términos de átomos, moléculas y de los cambios de la energía del sistema reaccionante. Adquirir las destrezas y ganar experiencia en la manipulación segura de utensilios, equipos y reactivos en el laboratorio de química. Probar a prueba experimental lo aprendido en el salón de clase. Terminales: Al finalizar el semestre el estudiante estará en capacidad de: Ser autónomo en la realización de cálculos estequiométricos y en la preparación de disoluciones. Identificar las tendencias y el comportamiento de los elementos químicos en la tabla periódica. Escribir y comprender la configuración electrónica de los átomos y sus iones. Predecir la geometría de una molécula de acuerdo al modelo VSEPR. Describir el enlace químico en términos de la TEV. Identificar y utilizar correctamente los elementos, equipos e instrumentos de medida y procedimientos empleados a nivel experimental. Elaborar informes de laboratorio considerando los resultados obtenidos en las prácticas y las pautas definidas según los lineamientos para la presentación de un artículo científico. Específicos Química General I y laboratorio Página 1 de 7

2 De formación académica: Unidad 1: Introducción a la química y la materia Describir el origen y el área de estudio de la química como ciencia experimental. Clasificar la materia en función del estado físico en el que se encuentra. Diferenciar las propiedades físicas y químicas de la materia. Emplear adecuadamente las diferentes unidades básicas y derivadas de medida. Manejar de manera adecuada los números en la resolución de problemas químicos. Aplicar de manera correcta el análisis dimensional en la resolución de problemas. Describir a nivel subatómico los átomos, moléculas e iones. Relacionar la estructura interna de los átomos con su número atómico y número másico. Unidad 2: Relaciones de masa en las reacciones químicas Calcular la masa atómica de los elementos químicos y sus isótopos. Aplicar correctamente los conceptos de número de Avogadro, masa molar de un elemento y masa molecular Resolver autónomamente ejercicios que implican el cálculo de la composición porcentual de los compuestos. Determinar las fórmulas empíricas de los compuestos químicos. Emplear la notación química en la representación de las reacciones y ecuaciones químicas. Balancear detalladamente las ecuaciones químicas. Determinar el reactivo límite en una reacción química y calcular el rendimiento. Unidad 3: Introducción a las reacciones en disolución acuosa Describir las propiedades de las disoluciones acuosas. Identificar la naturaleza de una reacción química (reacciones de precipitación, ácido-base y oxidoreducción). Resolver ejercicios que impliquen las diferentes unidades para expresar la concentración de las disoluciones. Aplicar el análisis gravimétrico en la resolución de problemas. Llevar a cabo valoraciones ácido-base y redox. Unidad 4: Gases Identificar las leyes de los gases, sus aplicaciones y sus limitaciones. Utilizar la ley de los gases ideales y su ecuación de estado. Utilizar el lenguaje, los términos y los conceptos de la termodinámica de los procesos químicos Unidad 5: La tabla Periódica y algunas propiedades atómicas Conocer generalidades sobre la historia de la tabla periódica. Describir diferentes propiedades de los átomos como: carga nuclear efectiva, tamaño, energía de ionización y afinidad electrónica. Relacionar la configuración electrónica de los átomos con su posición en la tabla periódica. Emplear de manera eficaz la tabla periódica. Unidad 6: Enlace químico I. Conceptos básicos Describir la teoría de Lewis. Distinguir claramente las diferencias entre los enlaces covalentes, covalentes polares e iónicos. Escribir las estructuras de Lewis de átomos y moléculas. Predecir la distribución de carga electrónica en moléculas basado en la electronegatividad de Química General I y laboratorio Página 2 de 7

3 los átomos conformantes y predecir su polaridad. Describir el concepto de resonancia. Describir las excepciones de la regla del octeto. Utilizar las Entalpias de enlace para determinar la entalpía de una reacción. Unidad 7: Enlace Químico II. Aspectos adicionales Predecir geometrías moleculares utilizando la teoría de repulsión de pares electrónicos de la capa de valencia. Describir los conceptos básicos de la Teoría del Enlace Valencia (TEV) e identificar sus limitaciones. Identificar la formación de enlaces en la TEV a partir de orbitales híbridos. Unidad 8: Cinética y Equilibrio químico Entender las velocidades de reacción y las condiciones que las afectan. Obtener los diferentes componentes de las ecuaciones de velocidad a partir de la información experimental. Utilizar correctamente la expresión de la velocidad de reacción como una función del tiempo. Descomponer las reacciones químicas complejas en sus pasos elementales. Describir las reacciones químicas elementales en términos de la teoría de colisiones moleculares y de la teoría del estado de transición. Explicar el efecto de factores externos en la velocidad de las reacciones químicas. Describir el concepto de equilibrio y la constante de equilibrio. Identificar el estado de equilibrio químico a nivel de la cinética química. Emplear las constantes de equilibrio en la descripción cuantitativa de los equilibrios químicos. Describir y predecir los efectos de factores externos en la alteración del estado de equilibrio. Unidad 9: Ácidos y bases, reacciones de oxidación-reducción. Identificar los ácidos y bases de Brønsted-Lowry y de Lewis. Emplear la constante de autoionización del agua en cálculos de concentraciones de los iones H 3 O + y OH -. Describir la acidez, neutralidad o basicidad de una solución utilizando la escala de ph. Identificar ácidos y bases fuertes o débiles de acuerdo a su constante de ionización y calcular el ph de disoluciones de ácidos y bases fuertes y débiles. Identificar los pares conjugados ácido-base y su relación a través de la constante de autoionización del agua. Describir la acidez o basicidad de soluciones acuosas de sales Describir y balancear reacciones de oxidación-reducción mediante el método de media-reacción. Unidad 10: Otros aspectos de los equilibrios ácido-base Describir el efecto del ion común en los equilibrios ácido-base. Describir las disoluciones reguladoras Identificar Indicadores ácido base Describir las reacciones de neutralización y curvas de valoración. Química General I y laboratorio Página 3 de 7

4 De formación en valores y capacidades: Al terminar el curso cada estudiante habrá tenido la oportunidad de reflexionar sobre los siguientes valores, así como de desarrollar estas capacidades: La perseverancia y la autonomía, resolviendo los ejercicios propuestos en cada tema de estudio. La capacidad crítica para poner a prueba las teorías científicas a nivel teórico o experimental. La curiosidad intelectual y la capacidad de análisis, tratando de explicar los resultados teóricos y experimentales y la relación entre estos, así como la aplicación o extensión de los conceptos en otros campos científicos o tecnológicos. La responsabilidad, mediante el cumplimiento en las fechas de entrega de los trabajos e informes de laboratorio, cumplimiento de las normas de higiene y seguridad en el laboratorio. La honestidad, al reportar los resultados de la practica sin ninguna alteración independiente de si el experimento funcionó o no. El respeto por la naturaleza, evitando la contaminación ambiental al no verter en los desagües los residuos de los experimentos. La capacidad de trabajo bajo presión, ya que la práctica de laboratorio debe terminarse en un tiempo determinado para poder reportar la totalidad de sus resultados. Metodología Los temas se desarrollaran durante el semestre siguiendo la metodología del aprendizaje activo. Tal como está planificado en el programa del curso, al final de la clase el profesor asigna las lecturas y tareas que el estudiante debe preparar para la clase siguiente. Al comienzo de la clase el estudiante presentará una comprobación de lectura corta o entregará la tarea que le haya sido asignada. Los estudiantes tendrán la oportunidad de traer sus dudas a los profesores durante las dos horas semanales de atención a los estudiantes las cuales serán acordadas entre el profesor y los estudiantes en la primera clase. Actividades del estudiante Antes de la clase: El estudiante deberá preparar los temas asignados por el profesor, lo que incluye: Estudiar el material asignado en la programación del curso, tanto para la clase teórica como para el laboratorio. Buscar información sobre los cuidados que se deban tener con los reactivos, equipos, instrumentos y procedimientos involucrados en las prácticas de laboratorio. Resolver las tareas, preguntas y ejercicios contenidos en el material del curso (teoría y laboratorio) y lo asignado adicionalmente por el profesor durante el semestre. Química General I y laboratorio Página 4 de 7

5 Asistir a las secciones de monitoria o tutoría, si requiere algún apoyo adicional. De ninguna manera se considera que se ha preparado la clase solamente leyendo el material a la carrera, poco antes de entrar al salón o al laboratorio. Durante la clase: El estudiante deberá: Plantear las dudas que le quedaron durante su proceso de estudio del tema a tratar. Participar activamente en las actividades de la clase de acuerdo con los temas desarrollados durante la misma. Trabajar en la solución de los problemas y ejercicios propuestos. Presentar en su turno la exposición corta sobre el tema asignado por el profesor. Cumplir a cabalidad con las normas de seguridad en el laboratorio. Realizar la práctica de laboratorio correspondiente siguiendo las instrucciones de la Guía de Laboratorio de Química que se encuentra colgada en moodle. Elaborar un pre-informe al final de la práctica de laboratorio, según lo requiera el profesor. Después de la clase: El estudiante deberá: Establecer las relaciones entre los temas tratados en la clase y el conocimiento previamente adquirido. Analizar los resultados obtenidos en la práctica de laboratorio e integrarlos con los conceptos adquiridos en la clase teórica. Realizar las tareas definidas en la clase, incluyendo el desarrollo de ejercicios, consultas y otras actividades asignadas. Realizar el informe de laboratorio, después de la práctica realizada, según los lineamientos y requerimientos dados por el profesor. Asistir a las secciones de monitoria o tutoría, si requiere algún apoyo adicional. Evaluación La evaluación tiene dos componentes, uno relacionado con la parte teórica y otro con la práctica. Nota teórica (NT) Evaluación Porcentaje Unidades Semana Primer examen 25 1, 2,3,4 Semana 6 Segundo Examen 25 5,6,7,8 Semana 12 Tercer Examen 25 9,10 Semana 17 Pruebas cortas 15 Tres prubas cortas Semanas 6, 12, 16 Comprobación de lectura 10 Todas las clases Todas las clases en las que no se realice comprobación de lectura Química General I y laboratorio Página 5 de 7

6 Nota parte teórica 100 Nota laboratorio (NL) Evaluación Porcentaje Prácticas incluidas Sesión Informes de laboratorio (grupos de dos estudiantes) Reportes de laboratorio (individuales) Trabajo en laboratorio (puntualidad, organización, cumplimiento de las normas de seguridad, trabajo en equipo) Actividades de comprobación previa 45 1, 3, y Todas las prácticas 7 Todas las prácticas Definido por el profesor (se califican 5 al azar) Nota parte teórica 100 *Los informes de laboratorio son evaluados de la siguiente manera: objetivos (5%), resultados (20%), análisis de Resultados (30%), conclusiones (20%), referencias (10%), preguntas (15%). Nota final (NF) La nota final (NF) se calcula de la siguiente manera: NF = 0.8*NT + 0.2*NL Bibliografía Chang R., Química, Undécima Edición, McGraw-Hill Interamericana, 2013 Whitten K. W., Davis R. E., Peck M. R., Stanley G. S., Química, Octava edición, Cengage Learning Editors, 2008 Kotz J. C., Treichel P. M., Weaver G. C., Química y reactividad química, Sexta edición, International Thomson Editors, 2005 McMurry J. E., Fay R. C., Química General, Quinta edición, Pearson education, 2009 Timberlake K. C., Timberlake W., Química, Segunda edición, Pearson education, 2008 Química General I y laboratorio Página 6 de 7

7 Masterton W. L., Hurley C. N., Química, Cuarta edición, International Thomson Editors, 2003 Brown T. L., LeMay H. E., Bursten B. E., Burdge J. R., Química, la ciencia central, novena edición, Pearson education, 2004 Apéndice: Cronograma del Curso Semana sesión Tema a tratar Lectura libro 1 1 Presentación del curso 1 2 Introducción a la química. El método científico. Clasificación y estados de la materia. Propiedades físicas y químicas de la materia. Mediciones. Análisis dimensional en la resolución de problemas. 2 3 Numero atómico, numero másico e isotopos. Moléculas e iones. Formulas químicas. 2 4 Masa atómica. Número de Avogadro y masa molar de un elemento. Masa molecular. Composición porcentual de los compuestos. Chang Chang 2.3, 2.5 a 2.6 Práctica de laboratorio 1: Introducción al curso. Material y vidriería de laboratorio, Calibración de material volumétrico Chang 3.1 a 3.3 y 3.5 medida y tratamiento estadístico de datos (INFORME 1) 3 5 Determinación experimental de fórmulas empíricas. Reacciones químicas y ecuaciones químicas. Cantidades de reactivos y productos. Reactivos limitantes. Rendimiento de reacción. 3 6 Propiedades generales de las disoluciones acuosas. Reacciones de precipitación. Reacciones acido-base. 4 7 Reacciones de óxido-reducción. Concentración de las disoluciones. 4 8 Análisis gravimétrico. Valoraciones acido-base. Valoraciones redox. Chang 3.6 a 3.10 Chang 4.1 a 4.3 Chang 4.4 a 4.5 Práctica de laboratorio 2: Preparación de Chang 4.6 a 4.8 disoluciones acuosas 5 9 Sustancias que existen como gases, Presión de un gas, Leyes de los gases, Ecuación del gas ideal. Chang 5.1 a Estequiometria de los gases. Ley de Dalton de las presiones parciales Chang 5.5 a Taller de repaso y prueba corta Primer examen parcial Práctica 3: Determinación del porcentaje de oxígeno en una mezcla gaseosa (INFORME 2) 7 13 Desarrollo de la tabla periódica, clasificación periódica de los elementos, variaciones periódicas de los elementos químicos Chang 8.1 a Energía de ionización, afinidad electrónica, variación de las propiedades periódicas de los elementos representativos 8 15 Puntos de Lewis., Enlace iónico. Energía reticular de los compuestos iónicos. Enlace covalente. Chang 8.4 a 8.5 Chang 9.1 a 9.4 Práctica de laboratorio 4: Reacciones químicas I Química General I y laboratorio Página 7 de 7

8 8 16 Electronegatividad. Estructuras de Lewis Carga formal y estructura de Lewis. Chang 9.4 a Resonancia. Excepciones al octeto. Entalpía de enlace Chang 9.8 a Geometría molecular, Momento dipolar Chang 10.1 a Teoría del enlace de valencia, hibridación Chang 10.3 a 10.5 Práctica de laboratorio 5: La rapidez de una reacción química, la ley de rapidez Chang 13.1 a 13.2 Densidad de líquidos y disoluciones acuosas Relación entre concentración de los reactivos y el tiempo Chang 13.3 a Constantes de rapidez y su dependencia de la energía de activación y de la temperatura Mecanismos de reacción catálisis Chang 13.4 a Taller de repaso y segunda prueba corta Práctica 6: Valoración Segundo examen parcial ácido-base: determinación de la acidez en diferentes productos comerciales Concepto de equilibrio y la constante de equilibrio, escritura de las expresiones de las constantes de equilibrio Escritura de las expresiones de las constantes de equilibrio, relación entre cinética y equilibrio químico, información proporcionada por la constante de equilibrio, factores que afectan el equilibrio químico Chang 14.1 a 14.2 Chang 14.3 a Ácidos y bases de Bronsted Chang 15.1 a 15.4 Práctica 7 : Determinación del ph de productos comerciales y preparación Fuerza de ácidos y bases Chang 15.5 a 15.7 de una disolución amortiguadora de PH (INFORME 3) Balanceo de reacciones de óxido reducción Chang Comparación entre los equilibrios homogéneo y heterogéneo Chang en disolución Efecto del ion común, disoluciones amortiguadoras Valoraciones ácido base, indicadores ácidos-base. Chang 16.4 Practica 8. Guía Taller de repaso y tercera prueba corta computacional para calcular propiedades moleculares Tercer examen Parcial 18 REVISION CURSO y ENTREGA NOTAS Química General I y laboratorio Página 8 de 7