FUNDAMENTOS DE FISICOQUIMICA

Transcripción

1 PROGRAMA DE ESTUDIO Programa Educativo: Licenciatura en Químico Farmacéutico Biólogo FUNDAMENTOS DE FISICOQUIMICA Área de Formación: Área General Horas teóricas: 2 Horas prácticas: 2 Total de horas: 4 Total de créditos: 6 Clave: AF1571 Tipo: Asignatura Carácter de la asignatura: Obligatoria Carlos Ernesto Lobato García, Ignacio Programa elaborado por: Cuauhtémoc López, Durvel De la Cruz Romero Fecha de elaboración: Mayo 2013 Seriación explícita: Asignatura antecedente: Si Asignatura subsecuente: FISICOQUÍMICA FARMACÉUTICA Seriación implícita: Conocimientos previos: Sí Física General F1422 Fundamentos de Química Orgánica Página 1 de 10

2 Presentación Este curso forma parte del área general del plan de estudios de la, y presenta una visión general que justifica el estudio de la fisicoquímica, sin dejar a un lado la interrelación existente entre esta área de la química con otras disciplinas. En esta asignatura las horas prácticas se han considerado para el desarrollo de talleres de resolución de problemas. Es bajo estos aspectos fundamentales que se pretende, proporcionar al alumno el cuerpo de conocimientos básicos que le permitan continuar con el estudio de los procesos involucrados en la síntesis de fármacos. La fisicoquímica es una ciencia natural, híbrida, pues estudia las interrelaciones entre fenómenos químicos y fenómenos físicos; este estudio es a veces a nivel macroscópico y otras es a nivel microscópico. Dado lo anterior, esta ciencia necesita como antecedentes, fundamentos de la química y de la física y se auxilia de la matemática como herramienta. A su vez, la fisicoquímica brinda elementos que son usados por otras disciplinas del curriculum del QFB, a saber, Microbiología, Métodos Analíticos, Bioquímica General, Bioquímica Microbiana, Fisiología Humana, etc. Para explicar la relación de la fisicoquímica con las competencias profesionales del QFB, citaremos algunos ejemplos como el hacer uso de los fundamentos de esta disciplina tanto en el control de variables como ph, temperatura, humedad, aplicación de los fenómenos de superficie, etc., en los diagnósticos de laboratorio, en la producción y control integral de productos biológicos, en el control de variables para conservación, mejoramiento, reproducción y utilización de microorganismos; todas estas son fases fundamentales del ejercicio profesional del QFB. Objetivo general Reconocer a la Fisicoquímica como una parte de la Ciencia Química, ubicándola en su campo de acción y en su necesaria interrelación con otras disciplinas del conocimiento, analizando los aspectos fundamentales de nomenclatura, estructura y reactividad que fundamentan la química de los de los procesos de reacción iniciando el estudio sistemático de los mismos. Describir los fundamentos y principios desde la teoría cinética molecular hasta la cinética química, así como entender la obtención y aplicación de las ecuaciones involucradas en cada uno de los fenómenos fisicoquímicos estableciendo sus alcances y limitaciones de las mismas. Competencias que se desarrollarán en esta asignatura Plantear y resolver problemas de transformaciones químicas. Predecir el comportamiento fisicoquímico de los sistemas termodinámicos. Aplicar de manera experimental las variables fisicoquímicas presentes en las transformaciones F1422 Fundamentos de Química Orgánica Página 2 de 10

3 químicas. Analizar mecanismos de reacción de las transformaciones químicas. Diseñar y construir mecanismos de reacción. Plantear estrategias de síntesis de compuestos con propiedades farmacéuticas. Competencias del perfil de egreso que apoya esta asignatura Al Químico Farmacéutico Biólogo le permitirá: Aplicar conocimientos en química, física, biología y matemáticas en la resolución de problemáticas específicas. Desarrollar, analizar y evaluar nuevas sustancias con actividad biológica. Explicar de manera práctica los fenómenos fisicoquímicos que intervienen en las transformaciones químicas, desarrollando la capacidad de observación, adquiriendo habilidades para explicar de manera descriptiva lo observado con el objetivo de aprender a elaborar reportes técnicos que les servirán en su vida profesional. Escenario de aprendizaje Salón de clases, biblioteca, sala de cómputo y otros inherentes a la asignatura. Perfil sugerido del docente Profesionista del área química con conocimientos en fisicoquímica; preferentemente con maestría o doctorado en el área, con actitud positiva para la promoción del aprendizaje participativo basado en proyectos y problemas; con capacidad para generar un clima de respeto en el aula y amplia experiencia en el manejo de técnicas fisicoquímicas. Contenido temático Unidad No. 1 TEORÍA CINÉTICA MOLECULAR Objetivo particular Hrs. Estimadas Describir el comportamiento de la materia, empleando las leyes de los gases y desarrollar la teoría cinética molecular de los gases. Así como comprender los conceptos básicos de ésta en las reacciones químicas. 8 horas Temas Resultados del Sugerencias didácticas Estrategias y criterios de F1422 Fundamentos de Química Orgánica Página 3 de 10

4 1.1. Leyes de los gases. Introducción a los gases reales 1.2. Teoría cinéticomolecular; gases ideales, fundamentos y leyes 1.3. Introducción a los gases reales Conceptos, ecuaciones y diagramas aprendizaje Aplicará los conceptos de ecuaciones y diagramas para la solución de problemas de gases ideales y reales, con el apoyo de: esquemas, diagramas, apuntes, resúmenes, reportes y exposiciones. Realizará exposiciones de cada uno de los temas sugeridos en esta unidad apoyándose con diaporamas, videos y discusión dirigida. Orientará reflexiones sobre la importancia de la fisicoquímica. Dirigirá revisiones comentadas sobre algunas aplicaciones de la teoría cinética molecular relacionadas con el quehacer del QFB. Supervisará la realización de ejercicios sobre las leyes de los gases reales e ideales. evaluación Examen escrito. Portafolio de evidencias (línea del tiempo, mapa conceptual, colección de problemas y serie de ejercicios). Participación en clase. Exposiciones. Unidad No. 2 TERMODINAMICA QUIMICA Conocer los principios básicos de la termodinámica, estudiando las diversas formas de la energía y sus transformaciones que se presentan en los procesos físicos y químicos. Objetivo particular Interpretar el concepto de entropía y sus cambios en los procesos termodinámicos. Predecir la espontaneidad y el equilibrio químico de una reacción. Hrs. Estimadas 18 Temas Resultados del aprendizaje Sugerencias didácticas Estrategias y criterios de evaluación F1422 Fundamentos de Química Orgánica Página 4 de 10

5 2.1. Conceptos básicos de termodinámica 2.2. Leyes de la termodinámica Ley cero de la termodinámica. Equilibrio térmico Propiedades extensivas e intensivas Primera ley de la termodinámica Energía, calor y trabajo Funciones de estado, energía interna Procesos termodinámicos 2.9. Conceptos de entalpía, energía interna, entropía y energía libre Criterios de espontaneidad y equilibrio Termoquímica: calor de reacción. Ley de Hess. Explicará las leyes de la termodinámica y, realizará cálculos utilizando ecuaciones de energía, calor y trabajo para la resolución de diversos problemas. Usará las tablas termodinámicas y las ecuaciones correspondientes para el cálculo de entalpía, entropía y energía libre de Gibbs. Expresará soluciones derivadas del cálculo del calor de reacción y los mecanismos en las reacciones químicas. Realizará exposiciones de cada uno de los temas sugeridos en esta unidad. Utilizará diversos sistemas termodinámicos para distinguir las propiedades intensivas y extensivas, así como interpretar los procesos termodinámicos que involucran al calor y trabajo. Supervisará la realización de ejercicios sobre las reacciones exotérmicas y endotérmicas, calculando ΔH, ΔS. y ΔG Examen escrito, portafolio de evidencias (resumen, ejercicios y series de problemas). Participación en clase. Desempeño en el trabajo en equipo. Exposiciones. Unidad No. Objetivo particular 3 FISICOQUÍMICA DE DISOLUCIONES Comprender las bases fundamentales del análisis químico, mediante el manejo de variables que afectan los equilibrios simples, desarrollando la capacidad de razonamiento en la realización de cálculos de concentraciones de especies químicas, ph y en la F1422 Fundamentos de Química Orgánica Página 5 de 10

6 preparación de disoluciones. Hrs. Estimadas 20 Temas Resultados del aprendizaje Sugerencias didácticas 3.1. Mezclas y disoluciones. Disolución ideal y disolución diluida ideal. Leyes de Raoult y Henry. Funciones termodinámicas de mezcla Propiedades coligativas de la disolución diluida ideal. Determinación experimental y aplicaciones. Importancia de los fenómenos osmóticos en los procesos biológicos Disoluciones reales. Las magnitudes molares parciales. Potencial químico en disoluciones reales. Concepto de actividad Disoluciones de electrólitos. Actividad y coeficiente de actividad iónico medio. Fuerza Conocerá los principios del análisis químico, abordando algunos conceptos fundamentales en todo proceso analítico, así como el desarrollo de cálculos teóricos de concentraciones para la preparación de disoluciones acuosas. Conocerá las propiedades coligativas de una disolución. Describirá la importancia de los fenómenos osmóticos. Deducirá las magnitudes molares y el potencial químico. Definirá el equilibrio de fases en sistemas multicomponentes. Describirá la distribución de solutos entre disolventes inmiscibles. Conocerá las implicaciones biológicas del coeficiente de reparto. Realizará exposiciones de cada uno de los temas sugeridos en esta unidad. Utilizará diferentes ejemplos acerca de las mezclas y disoluciones. Discutirá la importancia de los fenómenos osmóticos en los procesos biológicos. Supervisará la realización de ejercicios sobre disoluciones, coeficiente de actividad, fuerza iónica, factores que intervienen en la solubilidad de diferentes solutos y sus coeficientes de reparto en extracciones líquido-líquido. Estrategias y criterios de evaluación Examen escrito, portafolio de evidencias (resumen, ejercicios y series de problemas). Participación en clase. Desempeño en el trabajo en equipo. Exposiciones. F1422 Fundamentos de Química Orgánica Página 6 de 10

7 iónica Disoluciones de Equilibrio de fases en sistemas multicomponentes. Eutécticos. Azeótropos. Solubilidad. Interacciones solventesoluto. Efecto de aditivos sobre la solubilidad Distribución de solutos entre disolventes inmiscibles. Coeficiente de reparto. Extracción líquido-líquido. Implicaciones biológicas del coeficiente de reparto (barreras hematoencefálica y placentaria). Unidad No. 4 EQUILIBRIO QUÍMICO Objetivo particular Reconocer la terminología empleada en los equilibrios ácido-base y redox. Realizar cálculos de ph en soluciones ácido-base y de potenciales en equilibrios redox. Hrs. Estimadas 18 F1422 Fundamentos de Química Orgánica Página 7 de 10

8 Temas 4.1. Electrolitos fuertes y débiles Actividad, coeficiente de actividad y fuerza iónica Equilibrio químico Equilibrios de oxidoreducción, pares redox, potenciales redox 4.5. Cálculos del potencial de equilibrio en reacciones redox 4.6. Avance de reacción y principio de Le Chatelier Constantes Ka, Kb, Kw Análisis de las propiedades de la energía de Gibbs y el potencial químico como criterio de espontaneidad y equilibrio. Aplicación de la energía de Gibbs y del potencial químico a procesos químicos Constante de equilibrio termodinámica de sistemas homogéneos y heterogéneos. Resultados del aprendizaje Comprenderá la terminología empleada en los equilibrios ácido-base y redox. Realizará cálculos de ph en soluciones ácidobase y de potenciales en equilibrios redox. Comprenderá el principio de Le Chatelier. Determinará la constante de equilibrio termodinámica para sistemas homogéneos y heterogéneos. Calculará el grado de conversión para los sistemas reaccionantes. Comprenderá la ecuación de Arrhenius. Identificará los factores que afectan la constante de equilibrio. Sugerencias didácticas Realizará exposiciones de cada uno de los temas sugeridos en esta unidad. Utilizará diversos sistemas para distinguir la actividad, coeficiente de actividad y fuerza iónica. Coordinará el trabajo en equipo en la resolución de problemas sobre la energía de Gibbs, potencial químico. Supervisará la realización de ejercicios sobre los factores que afectan la constante de equilibrio, calculando el grado de conversión de los sistemas reaccionantes. Estrategias y criterios de evaluación Examen escrito, portafolio de evidencias (reporte del trabajo de investigación bibliográfica y series de ejercicios). Participación en clase y desempeño en el trabajo en equipo. F1422 Fundamentos de Química Orgánica Página 8 de 10

9 4.10. Factores que afectan a la constante de equilibrio, su dependencia con la P, T y concentración Cálculo del grado de conversión para sistemas reaccionantes homogéneos y heterogéneos Reacciones acopladas Equilibrios múltiples. Ecuación de Arrhenius Ácidos monopróticos y polipróticos Cálculos de ph Soluciones amortiguadoras. F1422 Fundamentos de Química Orgánica Página 9 de 10

10 Bibliografía básica 1. Castellan W. G. Fisicoquímica. Addison-Wesley Iberoamericana, S.A., Chang R. Fisicoquímica con aplicaciones a Sistemas Biológicos. 3. Holum J. R., Principios de Fisicoquímica. Química Orgánica y Bioquímica. Mc Graw-Hill. España Laidler K. J. Et Al. Fisicoquímica. Edit. CECSA; Maron S. H. Et Al. Fundamentos de Fisicoquímica. Ed. Limusa, México, Harris D.C. Análisis Químico Cualitativo. Grupo Editorial Iberoamerica. México D.F Skoog D. A. West D. M. Holler F. J. Química Analítica., Editorial McGraw-Hill México D.F Bibliografía complementaria 1. Lumbroso H. Termodinámica: 100 Ejercicios y Problemas Resueltos. Edit. Reverte, Francia, Prausnitz J. M; Et Al. Termodinámica Molecular de los equilibrios de fases. 3ª ed., Prentice Segura J. Et Al; Problemas de Termodinámica Técnica., Edit. Reverte, España, F1422 Fundamentos de Química Orgánica Página 10 de 10