Carrera : Ingeniería en Materiales SATCA

Transcripción

1 1.- DATOS DE LA ASIGNATURA Nombre de la asignatura : Equilibrio Físico-Químico Carrera : Ingeniería en Materiales Clave de la asignatura : MAC-1010 SATCA PRESENTACIÓN Caracterización de la asignatura. Esta asignatura aporta al perfil del Ingeniero en Materiales la capacidad de aplicar los conocimientos para optimizar los procesos de fabricación de los materiales poliméricos, metálicos, cerámicos y compuestos. También le permite relacionar los fundamentos científicos de la ingeniería de materiales con la estructura, propiedades, procesos y aplicaciones de cada uno de los materiales. Equilibrio fisicoquímico se ubica en el quinto semestre debido a que los estudiantes han incorporado a su proceso de formación un nivel de conocimientos que les permite identificar y aplicar conceptos de cálculo integral y diferencial, leyes de la termodinámica, fundamentos químicos y de electricidad, necesarios para la adquisición de los conocimientos que esta materia otorga. Esta asignatura pretende desarrollar en el estudiante la capacidad de conocer y aplicar los fundamentos de los equilibrios químico y físico así como de las pilas (celdas galvánicas). Esta materia dará soporte a las asignaturas de transiciones de fases (equilibrio físico), cinética (equilibrio químico), tratamientos térmicos (sistemas de varias fases), materiales cerámicos (Diagramas de Kellog y de óxido reducción) y materiales compuestos (soluciones). Integra competencias de trabajo interdisciplinario, comunicación oral y escrita en el ámbito profesional así como el compromiso de actualización constante. Así mismo promueve la investigación y configura actitudes y valores de compromiso humano y social inherentes a su práctica profesional. Intención didáctica. La asignatura integra conocimientos científicos que se abordan desde el punto de vista teórico y práctico con la finalidad de alcanzar el aprendizaje significativo en los alumnos. Los conocimientos de esta asignatura contribuyen a vincular las propiedades físicas, químicas, mecánicas, biológicas de los materiales para su aplicación en la optimización de procesos de fabricación de materiales poliméricos, metálicos, cerámicos y compuestos y la relación de éstos con sus propiedades. La primera unidad del programa, consiste en lograr que el estudiante aplique el conocimiento referente al equilibrio químico al comprender los conceptos de energía libre generando la relación entre la actividad y la concentración, establecer el efecto que tiene la 1 Sistema de Asignación y Transferencia de Créditos Académicos

2 temperatura sobre la energía libre de un sistema y la constante de equilibrio de una reacción y utilizando los diferentes diagramas que auxilian en los procesos de descomposición de diferentes compuestos (óxidos, carbonatos y sulfuros) empleados en la producción de materiales metálicos y cerámicos. Para la segunda unidad, el reto es comprender, aplicar y relacionar los conceptos involucrados (potenciales y propiedades termodinámicas) en el funcionamiento y reacción electroquímica de las pilas. En la tercera unidad del programa, se aboca a comprender los conocimientos referentes al equilibrio físico al interrelacionar la teoría de la regla de fases, los sistemas de un componente y las soluciones para poder aplicarlos en las transformaciones de fases presentes en los diferentes materiales en sus procesos de obtención y transformación. El enfoque teórico práctico soportado por la experiencia laboral del docente permite el aprendizaje significativo en el estudiante, al tratar temas con profundidad y conocimiento suficiente para lograr que el estudiante aplique los conocimientos en los procesos de producción y transformación en investigación y en la industria. La extensión y profundidad de los contenidos temáticos deben ser al nivel licenciatura y es conveniente complementarlos con la elaboración de prácticas de laboratorio que permitan el dominio y la aplicación de los conocimientos en los diferentes procesos de producción de materiales, ya sea en experimentación o en producción industrial. El papel que desempeña el profesor de Equilibrio fisicoquímico es fundamental ya que debe mostrar liderazgo y objetivar su conocimiento y experiencia productiva para construir escenarios de aprendizaje significativo y propiciar actividades de aprendizaje constructivas que permitan al estudiante pensar, valorar, juzgar y transferir lo aprendido a diferentes contextos de su vida cotidiana además de comprender el vínculo esencial entre la teoría y la práctica, el docente debe ser motivador, persuasivo con un alto grado de comunicación y desarrollar un alto espíritu cooperativo en la recta final de la formación profesional del estudiante. En el contexto de aprendizaje y formación en competencias es imprescindible que el profesor enfatice el saber hacer: buscar, elaborar, realizar, diseñar, presentar, construir verificar, controlar, entre otros, en una relación dialógica con el saber y el saber ser. Debe transferir en el proceso de aprendizaje la interacción, la maduración y la experiencia, y propiciar que estudiante se involucre en cada una de las actividades de aprendizaje, asumiendo actitudes participativas, proponiendo, imaginando, creando, organizando y gestionando la información, para construir escenarios de solución a problemas inherentes de su formación profesional.

3 3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR Competencias específicas: Aplicar los fundamentos fisicoquímicos al procesamiento de los materiales y al estudio de las reacciones de los sistemas en equilibrio químico y físico y a soluciones homogéneas y heterogéneas Competencias genéricas: Competencias instrumentales Capacidad de análisis, síntesis. 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. Competencias interpersonales Capacidad para trabajar en equipo. Capacidad crítica y autocrítica. Compromiso ético. Habilidad para trabajar en un ambiente laboral Competencias sistémicas Habilidades de investigación. Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica. Liderazgo. Capacidad de generar nuevas ideas (creatividad). Iniciativa y espíritu emprendedor. Preocupación por la calidad. Búsqueda de logro.

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: Aquí va los tec 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 los fundamentos fisicoquímicos al procesamiento de los materiales y al estudio de las reacciones de los sistemas en equilibrio químico y físico y a soluciones homogéneas y heterogéneas. 6.- COMPETENCIAS PREVIAS Aplicar conocimientos de cálculo integral, diferencial y diferencial de varias variables. Aplicar los conocimientos desarrollados en termodinámica. 7.- TEMARIO Unidad Temas Subtemas 1 Equilibrio químico 1.1. Energía libre de reacción Energía libre estándar y constante de equilibrio Potencial químico y actividad Estados estándar Relación entre actividad y concentración Coeficiente de actividad Efecto de la temperatura sobre la energía libre y la constante de equilibrio Teoría de la descomposición de compuestos químicos Óxidos Carbonatos Sulfuros Diagramas de Kellog Diagramas de Ellingham Diagramas de óxido- reducción por efecto térmico. 2 Pilas 3 Equilibrios físicos 2.1. Potencial de electrodo Potencial de una pila Relación entre el potencial d pilas y las propiedades termodinámicas de la reacción electroquímica involucrada Regla de las fases Sistemas de un componente Ecuación de Clausius Clapeyron Soluciones Ecuación de Gibbs Duhem Propiedades coligativas Ley de Raoult Ley de Henry Ley de Van t Hoff Sistemas de varias fases.

6 Cambios de energía libre asociados al transporte entre fases Termodinámica de las propiedades coligativas.

7 8.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS 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 variables y datos relevantes, planteamiento de hipótesis, de trabajo en equipo. Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación de los conceptos, modelos y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo de la asignatura. Propiciar el uso adecuado de conceptos, y de terminología científico-tecnológica Proponer problemas que permitan al estudiante la integración de contenidos de la asignatura y entre distintas asignaturas, para su análisis y solución. Relacionar los contenidos de la asignatura con el cuidado del medio ambiente; así como con las prácticas de una ingeniería con enfoque sustentable. Observar y analizar fenómenos y problemáticas propias del campo ocupacional. Relacionar los contenidos de esta asignatura con las demás del plan de estudios para desarrollar una visión interdisciplinaria en el estudiante. Promover la precisión en el uso de nomenclatura y terminología científica, tecnológica y humanística. Propiciar el uso de las nuevas tecnologías de la información y comunicación para 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, la cuales lo encaminan hacia la investigación, la aplicación de conocimientos y la solución de problemas. Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación los conceptos, modelos y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo de la asignatura.

8 9.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN Reportes de las practicas realizadas y los productos obtenidos. Reportes de visitas realizadas resaltando el grado de integración con la teoría. Carpeta ejecutiva que integra tareas e investigaciones asignadas. Exámenes parciales y participación en clase. Que en la evaluación se integren los tres tipos de contenidos (conceptuales, procedimentales y actitudinales). Que la evaluación contemple la evaluación del profesor, la autoevaluación y la evaluación grupal. Portafolio de evidencias UNIDADES DE APRENDIZAJE Unidad 1: Equilibrio químico Competencia específica a desarrollar Aplicar los fundamentos termodinámicos del equilibrio químico en sistemas homogéneos y heterogéneos y las teorías de descomposición de compuestos químicos (óxidos, carbonatos y sulfuros) en los procesos metalúrgicos Actividades de Aprendizaje o Investigar en diferentes fuentes los conceptos de energía libre de reacción y estándar, constante de equilibrio, potencial químico y actividad. Relacionar el concepto de actividad con el cambio de concentración en problemas prácticos. Identificar el efecto que la temperatura tiene sobre la energía libre y la constante de equilibrio en estudios de casos. Aplicar los diagramas de equilibrio de Kellog, Ellingham y óxido-reducción en la descomposición de compuestos químicos para el procesamiento y transformación de materiales metálicos y cerámicos. Unidad 2: Pilas Competencia específica a desarrollar Utilizar los conceptos de potencial de electrodo y de pila relacionandolos con las propiedades termodinámicas de la reacción electroquímica involucrada.. Actividades de Aprendizaje o Aplicar los conceptos de potencial de electrodo y potencial de pila en problemas prácticos. Identificar procesos en los que se involucren reacciones electroquímicas. Establecer la relación existente entre los potenciales de electrodo y las propiedades termodinámicas con las reacciones electroquímicas. Unidad 3: Equilibrios Físicos Competencia específica a desarrollar Aplicar la regla de las fases a sistemas de dos o más componentes. Actividades de Aprendizaje Analizar las transformaciones que se pueden llevar a cabo en un sistema de un componente y aplicar en él la regla de fases.

9 Relacionar las propiedades coligativas a problemas cotidianos. Elaborar un cuadro comparativo donde se establezcan las propiedades termodinámicas de las soluciones y las transformaciones que en ella pueden ocurrir. Analizar los cambios de energía libre asociados a las transformaciones de fases en sistemas dados. Realizar un compendio de problemas resueltos extra clase.

10 11.- FUENTES DE INFORMACIÓN 1. D.V. Ragone. Thermodynamics of materials, Vol 1. The MIT series in Materials Sciences & Engineering. John Wiley & Sons, P.W. Atkins. Fisicoquímica. Ed Fondo Educ. Interamericano, Darken and Gurry. Physical Chemestry of Metals. Mc Graw Hill O. F. Devereux. Topics in metallurgical thermodynamics. Ed. John Wiley, Y. K. Rao. Stoichiometry and thermodynamics of metallurgical process. Cambridge University Press. N.Y., David R. Gaskell. Introduction to Metallurgical thermodynamics. Mc Graw Hill, O. Kubaschewky, C.B. Alcock. Metallurgical Thermochemestry. Inetrnacional series of Material Science and Technology. Vol 24. Pergamon Press, Frederick N. Rhines PhD. Phase Diagrams in Metallurgy. Mc Grae Hill Book Co A.G. Guy. Fundamentos de Ciencia de Materiales. Mc Graw Hill J.F. Shackelford. Ciencia de Materiales para ingenieros. Prentice-Hall Hispanoamericana, S.A., William F. Smith. Foundation of Materials Science and Enngineering. Mc Graw Hill Inc, PRÁCTICAS PROPUESTAS Determinar la constante de equilibrio en sistemas homogéneos y heterogéneos. Determinación de la constante crioscópica. Construcción de una pila de volta. Determinación del potencial de electrodo. Elaboración de una celda electroquímica.