Carrera : Ingeniería en Materiales SATCA

Transcripción

1 1.- DATOS DE LA ASIGNATURA Nombre de la asignatura : Cinética Carrera : Ingeniería en Materiales Clave de la asignatura : MAC-1005 SATCA PRESENTACIÓN Caracterización de la asignatura. La asignatura aporta al perfil del Ingeniero en Materiales la habilidad para el entendimiento de un proceso, predicción de la temperatura óptima de reacción, el control del proceso y la estimación del tiempo de vida de un material. Para integrar la materia se realizo un análisis sobre la cinética heterogénea y los fundamentos necesarios, con el fin de que el estudiante encuentre una amplia aplicación en su quehacer profesional. Esta es una materia básica, que el estudiante aplicará en materias de grados más altos. Tales como: Caracterización estructural, materiales cerámicos, materiales poliméricos, Introducción a la nanotecnología de materiales, introducción a los biomateriales y otras materias de la especialidad. Intención didáctica. El temario se divide en tres partes, en la primera se describen conceptos básicos sobre fenómenos de superficie, en la segunda parte se trata sobre cinética Química homogénea y en la tercer parte se aplican las dos anteriores para el entendimiento de la cinética química en reacciones heterogéneas. Las estrategias metodológicas incluyen exposición del profesor donde se presentaran los conceptos teóricos y su aplicación en la resolución y discusión de problemas prácticos. Se entrega a los alumnos una extensa colección de problemas, que incluyen el resultado numérico final, para que puedan adquirir la destreza necesaria en su resolución. Las clases prácticas, donde se abordarán los aspectos experimentales más formativos, se realizan en el laboratorio. Además, se usará la búsqueda bibliográfica para realizar tareas y reafirmar el conocimiento. El aprendizaje debe ser significativo. Se busca partir de ejemplos concretos, cotidianos, para que el estudiante asimile de mejor forma los fenómenos físicos y químicos relacionados con la cinética química. De igual manera es fundamental que el alumno realice prácticas de laboratorio y/o visitas industriales con el fin de que aplique el conocimiento adquirido en el aula. 1 Sistema de Asignación y Transferencia de Créditos Académicos

2 3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR Competencias específicas: Aplicar, en base a fenómenos de superficie y cinética, los fenómenos involucrados en reacciones catalizadas por sólidos y la cinética de las reacciones fluido-partícula sólida, los cuales son fundamentales en la obtención y uso de materiales cerámicos, poliméricos, nanomateriales y biomateriales. Competencias genéricas: Competencias instrumentales Capacidad de análisis, síntesis y abstracción. Capacidad de comunicación oral y escrita. Habilidad en el uso de tecnologías de información y comunicación. Capacidad para identificar, plantear y resolver problemas. Habilidades de gestión de información(habilidad para buscar y analizar información proveniente de fuentes diversas Toma de decisiones. Competencias interpersonales Capacidad para trabajar en equipo. Capacidad crítica y autocrítica. Apreciación de la diversidad y la multiculturalidad. Capacidad de comunicarse con profesionales de otras áreas Compromiso ético. Competencias sistémicas Habilidades de investigación. Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica. Capacidad de aprender. Capacidad de adaptarse a nuevas situaciones. Capacidad de generar nuevas ideas (creatividad). Sensibilidad hacia temas medioambientales. Liderazgo Habilidad para trabajar en forma autónoma Capacidad para diseñar y gestionar proyectos Iniciativa y espíritu emprendedor Preocupación por la calidad Búsqueda del logro

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4 4.- HISTORIA DEL PROGRAMA Lugar y fecha de elaboración o revisión Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec del 9 al 13 de noviembre de Desarrollo de Programas en Competencias Profesionales por los Institutos Tecnológicos del 16 de noviembre de 2009 al 26 de mayo de Instituto Tecnológico de Zacatecas del 12 al 16 de abril de Participantes Representantes de los Institutos Tecnológicos de: Superior de Calkiní, Chihuahua, Superior de Irapuato, Morelia, Saltillo, Superior de Tlaxco y Zacatecas. Academias de Ingeniería en Materiales de los Institutos Tecnológicos de: Irapuato y Morelia Representantes de los Institutos Tecnológicos de: Superior de Calkiní, Chihuahua, Superior de Irapuato, Morelia, Saltillo, Superior de Tlaxco y Zacatecas. Evento Reunión Nacional de Diseño e Innovación Curricular para el Desarrollo y Formación de Competencias Profesionales de la Carrera de Ingeniería en Materiales. Elaboración del programa de estudio propuesto en la Reunión Nacional de Diseño Curricular de la Carrera de Ingeniería en Materiales. Reunión Nacional de Consolidación de los Programas en Competencias Profesionales de la Carrera de Ingeniería en Materiales.

5 5.- OBJETIVO GENERAL DEL CURSO Aplicar, en base a fenómenos de superficie y cinética, los fenómenos involucrados en reacciones catalizadas por sólidos y la cinética de las reacciones fluido - partícula sólida, las cuales son fundamentales en la obtención y uso de materiales cerámicos, poliméricos, nanomateriales y biomateriales 6.- COMPETENCIAS PREVIAS Asociar un comportamiento de variables con una representación gráfica y analítica. Resolución de sistemas de ecuaciones lineales Saber derivar, integrar y resolver ecuaciones diferenciales Conocer la nomenclatura de compuestos químicos Entender que es una reacción y el equilibrio químico Conocer la ecuación de estado para gases ideales Asimilar la primera y segunda ley de la termodinámica Aplicar ajuste de funciones para la obtención de modelo matemático a partir de un conjunto de datos experimentales. Reconocer conceptos de propiedades coligativas. 7.- TEMARIO Unidad Temas Subtemas 1 Fenómenos de superficie 1.1. Conceptos y aplicaciones de Tensión superficial y capilaridad 1.2. Modelos clásicos de tensión superficial, en sistemas heterogéneos 1.3. Deducción de la Ecuación Young-Duprè 1.4. Conceptos y aplicaciones de adhesión y cohesión interfacial 1.5. Interpretación y aplicación del diagrama Tensión superficial Temperatura Composición 1.6. Aplicación de las Ecuaciones de fenómenos de superficie en sistemas:(g)-(s)-(l) 1.7. Formación de la capa bieléctrica 1.8. Adsorción y desorción 2 Cinética química en reacciones homogéneas 2.1 Velocidad de reacción 2.2 Ley de velocidad y orden de reacción. 2.3 Ley integrada de velocidad 2.4 Métodos de determinación del orden de reacción 2.5 Dependencia de la velocidad de reacción con la temperatura (Ecuación de Arrhenius) 2.6 Energía de activación de una reacción 2.7 Cinética en reacciones reversibles 2.8 Procesos elementales y mecanismos de reacción 2.9 Reacciones unimoleculares

6 2.10 Teoría de las colisiones 2.11 Teoría del estado de transición 2.12 Reacciones en cadena 2.13 Catálisis homogénea Catálisis en fase gaseosa Catálisis en disolución Catálisis ácida Catálisis básica 2.14 Cinética enzimática 3 Cinética química de reacciones heterogéneas 3.1. Introducción a las reacciones heterogéneas 3.2. Reacciones catalizadas por sólidos Factores que afectan la velocidad de reacción cuando se usan partículas catalíticas Etapas que ocurren al momento de que interviene el catalizador en la reacción Resistencia a la difusión en los poros combinada con la cinética de superficie

7 8.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS Para la evaluación de esta asignatura se recomienda que el docente genere un portafolio de evidencias, y entre las que se recomiendan están las siguientes: Crear situaciones que permitan al estudiante la integración de contenidos de la asignatura y entre distintas asignaturas, para su análisis y para la solución de problemas. Incrementar la realización de actividades o tareas que den cuenta por medio de evidencias, de que la competencia se ha desarrollado. Propiciar el planteamiento de preguntas y la solución de problemas, así como el aprendizaje a partir del error. Estimular la búsqueda amplia, profunda y fundamentada de información. Promover la precisión en el uso de nomenclatura y terminología científica, tecnológica y humanística. Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información en distintas fuentes. Propiciar el uso de las nuevas tecnologías en el desarrollo de los contenidos de la asignatura. Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, el intercambio argumentado de ideas, la reflexión, la integración y la colaboración de y entre los estudiantes. Propiciar, en el estudiante, el desarrollo de actividades intelectuales de induccióndeducción y análisis-síntesis, las cuales lo encaminan hacia la investigación, la aplicación de conocimientos y la solución de problemas. Llevar a cabo actividades prácticas que promuevan el desarrollo de habilidades para la experimentación, tales como: observación, identificación manejo y control de de variables y datos relevantes, planteamiento de hipótesis, de trabajo en equipo.

8 9.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN Exposición y discusión en clase. Talleres. Investigaciones en fuentes de información. Visitas a industrias, museos, laboratorios y centros de información. Uso de Software Materiales audiovisuales Practicas experimentales. Exámenes escritos para comprobar el manejo de aspectos teóricos y declarativos UNIDADES DE APRENDIZAJE Unidad 1: Fenómenos de Superficie Competencia específica a desarrollar Aplicar los fundamentos de los fenómenos superficiales entre diversas fases en un sistema. Actividades de Aprendizaje Investigar y discutir en plenaria el comportamiento superficial de un sistema considerando: presión capilar, ángulo de mojabilidad y trabajo superficial. Realizar un cuadro comparativo para explicar el fenómeno de la capa bielectrica y su importancia en los sistemas coloidales Realizar un modelo donde explique el fenómeno general de adsorción en sólidos, incluyendo un debate sobre las isotermas de Langmuir, Freundlich y BET. Realizar prácticas de laboratorio donde determinen los mecanismos a través de los cuales se generan cargas eléctricas sobre partículas dispersadas en una suspensión. Investigar en diferentes fuentes bibliográficas y realizar un mapa mental en donde explique el concepto de doble capa eléctrica y relacionarla con procesos de separación de minerales por flotación. Elaboración de un compendio de problemas resueltos como trabajo extraclase. Unidad 2: Cinética Química en reacciones homogéneas

9 Competencia específica a desarrollar Interpretar los fundamentos de la cinética química en sistemas reales. Clasificar los distintos tipos de catálisis. Actividades de Aprendizaje Investigar y presentar en plenaria la definición de los conceptos: velocidad de reacción y orden de reacción, y cuál es su aplicación en la Ingeniería en Materiales. Aplicar el concepto de molecularidad en reacciones químicas al resolver problemas relacionados Investigar sobre los catalizadores comúnmente empleados y sobre el mecanismo por el cual se acelera la velocidad de una reacción por la presencia del catalizador. Aplicar el concepto de orden de una reacción. Aplicar el concepto de energía de activación en reacciones químicas. Dar ejemplos de diferentes mecanismos de reacción por medio de un cuadro sinóptico. Explicar la diferencia entre catálisis homogénea y heterogénea Analizar y debatir los siguientes procesos de catálisis homogénea: catálisis en fase gaseosa, Catálisis en disolución, catálisis ácida, catálisis básica y catálisis enzimática Realizar experimentos que permitan la reflexión sobre el efecto que tienen la temperatura y la concentración de los reactivos sobre la velocidad de una reacción química determinada. Resolver problemas para determinar la ecuación de velocidad a partir de datos obtenidos experimentales, por medio de trabajo en equipo y tareas extraclase. Unidad 3: Cinética química de reacciones heterogéneas Competencia específica a desarrollar Actividades de Aprendizaje Aplicar las reacciones Explicar las reacciones entre fluidos y sólidos, por medio de una práctica

10 heterogéneas en general y principalmente las catalizadas por sólidos experimental. Elaborar un ensayo en donde enumere y explique los factores que afectan la velocidad de reacción cuando se usan partículas catalíticas. Elaborar un mapa mental en donde explique las etapas que ocurren al momento de que interviene el catalizador en la reacción de adsorción o desorción en la superficie de la partícula. Analizar y debatir en plenaria la resistencia a la difusión en los poros combinada con la cinética de superficie.

11 11.- FUENTES DE INFORMACIÓN 1. Logan, S. R.; Fundamentos de cinética química; Primera edición en español; Addison Wesley iberoamericana; Madrid, España; Levenspiel, Octave; Ingeniería de las reacciones químicas; Tercera edición; Limusa Wiley; Ciudad de México; Castellan, Gilbert W.; Fisicoquímica; Segunda edición en español; Pearson educación; México; Levenspiel, Octave; El omnilibro de los reactores químicos; Edición en español; Reverté; Barcelona; Smith, J. M.; Ingeniería de la cinética química; CECSA; México; R Chang. FISICOQUIMICA. Ed. Mc Graw Hill (2008). 7. J. F. SHAKELFORD. Ciencia de Materiales para Ingenieros. Prentice Hall Hispanoamericana S. A. 8. P. W Atkins. Fisicoquímica. Ed. Fondo Educ. Interamericano. 9. Ira N. Levine, FISICOQUIMICA. Editorial Mc Graw Hill. 10. Walter J moore, PHYSICAL CHEMISTRY. Edited by Prentice-Hall. Fourth edition PRÁCTICAS PROPUESTAS Determinar tensión superficial de diferentes líquidos Determinación de la isoterma de adsorción del ácido acético sobre carbón activado. Influencia en la velocidad de reacción y determinar el orden de la reacción redox entre yodato (IO 3 - ) y bisulfito (HSO 3 - ). Reacciones reversibles Reacciones endotérmicas y exotérmicas Efecto de la concentración de sustrato sobre una enzima Determinación conductimétrica de la constante de velocidad para una reacción de saponificación. Estudio del efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción. Estudio cinético de la reacción entre el yodo y la acetona catalizada por ácido Deshidratación de un alcohol usando alúmina como catalizador