GUÍA DOCENTE QUÍMICA INORGÁNICA. Curso Miguel Julve Olcina Carlos J. Gómez García. Departament de Química Inorgànica Universitat de València

Transcripción

1 GUÍA DOCENTE QUÍMICA INORGÁNICA Curso Miguel Julve Olcina Carlos J. Gómez García Departament de Química Inorgànica Universitat de València

2 I. Datos iniciales Nombre de la asignatura: Química Inorgánica Carácter: Troncal Titulación: Licenciatura en Química Curso/ciclo: 2º curso/1 er ciclo Departamento: Química Inorgànica Profesores responsables: Miguel Julve Olcina ICMol. Parque Científico Paterna Despacho: Tel Carlos J. Gómez García ICMol. Parque Científico Paterna Despacho: Tel II. Introducción Una de las definiciones más completas de la Química Inorgánica es la proporcionada por T. Moeller, el cual define a esta disciplina como aquélla que aborda la investigación experimental y la interpretación teórica de las propiedades y reacciones de todos los elementos y de todos sus compuestos exceptuando los hidrocarburos y la mayoría de sus derivados. Hay otras definiciones que como la J. E. Huheey, a priori, pueden parecer graciosas y/o carentes de sentido. Este autor define la Química Inorgánica como cualquier área de la Química de interés para el Químico Inorgánico. Aunque esta definición aparentemente aporta poco a la comprensión del contenido de esta disciplina, resulta muy interesante pues resalta los dos rasgos más característicos de la Química Inorgánica en la actualidad: (i) su gran diversidad y (ii) su carácter interdisciplinario. Su estudio abarca el comportamiento de más de un centenar de elementos químicos, con miles de compuestos con propiedades muy diversas, lo cual constituye una de las características más atrayentes: ubicar un número tan elevado de hechos muy diversos en un mismo orden de ideas. De su relevancia da idea el hecho que esta disciplina rebasa los límites puramente académicos y es parte importante de la vida misma tal como la conocemos; basta pensar en el hecho de que las enzimas, catalizadores de procesos biológicos, son compuestos de coordinación cuya actividad está esencialmente regulada por el ión metálico. En otro orden de cosas, en nuestra vida cotidiana hay infinidad de productos inorgánicos que nos facilitan la vida enormente (un simple antiácido o la pasta dentrífica por ejemplo) El estudio que la Química Inorgánica se basa en los conocimientos adquiridos en las asignaturas de Química General y Enlace Químico y Estructura de la Materia. A partir de estos conocimientos, se llevará a cabo el estudio sistemático de una selección de los elementos de los grupos representativos y se familiarizará al alumno con una serie de generalidades de la química de los elementos de transición. III. Volumen de trabajo Al ser una asignatura anual se cuenta con un máximo de 30 semanas. Teniendo en cuenta este hecho el reparto de trabajo se ha realizado de la manera siguiente: Asistencia a clases teóricas: 1 hora/semana x 28 semana/curso = 28 horas/curso

3 Asistencia a clases prácticas: 1 hora/semana x 28 semana/curso = 28 horas/curso Preparación de trabajos para entregar en clases teóricas o prácticas: 1/2 hora/semana x 28 semana/curso = 14 horas/curso Estudio teórico y práctico de la asignatura: 3,39 hora/semana x 28 semana/curso = 95 horas/curso Estudio para la preparación de exámenes y pruebas escritas: Realización de exámenes: 3 horas/prueba escrita x 3 prueba escrita/curso = 9 horas curso 11 horas/examen x 2 examen/curso = 22 horas/curso 3 hora/ examen x 3 examen/curso = 9 horas /curso Asistencia a tutorías: 0,36 horas /semana x 28 semana/curso = 10 horas /curso Asistencia a seminarios: 0,36 horas /semana x 28 semana/curso = 10 horas /curso Volumen total de trabajo: 225 horas/curso Actividad Asistencia a clases teóricas 28 Asistencia a clases prácticas 28 Preparación de trabajos para entregar 14 Estudio teórico práctico de la asignatura 95 Estudio para la preparación de exámenes 31 Realización de exámenes 9 Asistencia a tutorías 10 Asistencia a seminarios 10 Volumen total de trabajo: 225 Total créditos ECTS: 9 Nº de horas por crédito: 25 Horas por curso IV. Objetivos generales Los objetivos que se pretenden conseguir en esta asignatura se pueden resumir en los siguientes puntos: o Afianzar los conocimientos del estudiante sobre los principios de estructura, termodinámicos y de reactividad de los elementos químicos y sus compuestos inorgánicos. La aplicación de la Termodinámica al estudio de la reacción química (Termoquímica), los distintos tipos estructurales de los compuestos inorgánicos, las reacciones ácido base (énfasis especial en aspectos nuevos como el sistema

4 disolvente) y oxidación-reduccción, así como aspectos generales de la solubilidad de compuestos inorgánicos en agua. o Conocer la química descriptiva de algunos elementos representativos y de sus compuestos con especial hicapié tanto en aspectos puramente académicos como en problemas de actualidad (aplicaciones en la elaboración de nuevos materiales, nuevos fármacos, polución, descontaminación, nuevas fuentes de energía, etc.) o Familiarizar al estudiante con las particularidades de la química de los metales de transición Únicamente se abordarán las generalidades dada la amplitud del conocimiento químico al respecto. A título orientativo, se introducirá la nomenclatura de los compuestos de coordinación, el enlace en los mismos y su estabilidad en disolución. V. Contenidos o Principios estructurales, termodinámicos y de reactividad de los elementos y sus compuestos inorgánicos o El hidrógeno y gases nobles. o Los halógenos o El oxígeno y el azufre. o El nitrógeno y el fósforo. o El carbono y el silicio. o Estaño y plomo o El Boro y el aluminio o Alcalinos y Alcalinotérreos o Cinc, cadmio y mercurio o Características generales de los elementos de transición. o Compuestos de coordinación: nomenclatura, enlace y estabilidad. VI. Destrezas a adquirir En este curso los estudiantes deberán adquirir las siguientes capacidades y destrezas: o Representar las estructuras más habituales de los compuestos inorgánicos y relacionarlas con sus propiedades físicas y químicas. o Reconocer y analizar los parámetros termodinámicos que gobiernan las reacciones químicas. o Aplicar el concepto de ácido-base en el marco de las distintas teorías usándolo para la predicción de la reacción química más favorecida y resaltando la importancia del sistema disolvente o Aplicar el concepto de potencial rédox para la predicción de reacciones químicas, cálculo de la constante de equilibrio y análisis del funcionamiento de las pilas. o Familiarizarse con la química descriptiva de algunos elementos representativos y de sus compuestos con especial énfasis en sus reacciones y aplicaciones. o Conocer aspectos generales (tendencias de comportamiento más bien) de la química de los elementos de transición que sienten las bases para un estudio descriptivo posterior de dichos elementos y de sus compuestos más importantes. o Familiarizarse con los compuestos de coordinación en aspectos tales como la nomenclatura, enlace y parámetros termodinámicos que determinan su estabilidad en disolución. VII. Habilidades sociales

5 o Razonar, argumentar y memorizar aspectos básicos. o Capacidad de trabajo en grupo o Capacidad de resolver problemas mediante la aplicación integrada de los conocimientos adquiridos. o Capacidad de expresarse oralmente de una forma precisa y clara. o Capacidad de expresarse por escrito de una forma organizada. VIII. Temario y planificación temporal Tema Contenido Semanas 1 Concepto de Química Inorgánica. Origen y abundancia de los elementos 1,0 químicos. El enlace y estructura en los elementos químicos. 2 Compuestos inorgánicos. Tipos de compuestos: clasificación estructural y por el tipo de enlace. Tipos principales de estructuras de compuestos no moleculares. 3 Espontaneidad de las reacciones inorgánicas. Energía de enlace y reticular. Ciclos termoquímicos en el análisis de la estabilidad de las substancias moleculares y de los compuestos iónicos. 4 Disoluciones acuosas de compuestos inorgánicos. Análisis termoquímico del fenómeno de la solubilidad de sales iónicas en agua. Factores que determinan el valor del potencial de reducción estándar de un par. 5 Reacciones ácido-base y rédox. Conceptos ácido-base. El sistema disolvente. Ácidos duros y blandos. Orbitales frontera en las reacciones ácido-base. Potencial de reducción. Factores cinéticos. Estabilidad rédox en agua. Diagramas de Latimer y de Frost. 6 Hidrógeno y gases nobles. Obtención del hidrógeno, reactividad y aplicaciones. Hidruros. El enlace de hidrógeno. Compuestos de xenón. 7 Halógenos. Obtención de los elementos. Haluros. Oxoácidos y oxosales. Propiedades rédox. Disoluciones acuosas de los halógenos. Aplicaciones. 8 Oxígeno y azufre. Estructura electrónica del dioxígeno y su reactividad. Oxidos: estructura y comportamiento ácido-base. Agua oxigenada. Peróxidos y superóxidos. Alotropía y reactividad del azufre elemental. Sulfuros. Óxidos, oxiácidos y oxosales de azufre. Obtención del ácido sulfúrico. 9 Nitrógeno y fósforo. Estructura electrónica de la molécula de dinitrógeno y su reactividad. Estados de oxidación del nitrógeno, química rédox Amoníaco. Óxidos, oxiácidos y oxisales del nitrógeno. Obtención del ácido nítrico. Obtención del fósforo. Variedades alotrópicas y su reactividad. Oxidos, oxiácidos y oxosales. Ésteres fosfato. 10 Carbono y silicio. Alotropía del carbono y reactividad. Catenación. Óxidos de carbono. Diagramas de Ellingham. Ácido carbónico y carbonatos. Cianuros. Obtención del silicio elemental, purificación y propiedades. Dióxido de silicio. Diversidad estructural de los silicatos. Cementos, vidrios, zeolitas y siliconas. 11 Estaño y plomo. Características generales. Química en disolución acuosa. Compuestos más importantes. 12 Boro y aluminio. Boro elemental. Oxido de boro, ácido bórico y boratos. Boruros y haluros. Boranos y compuestos relacionados. El aluminio, propiedades físicas y químicas. Obtención. Oxido de aluminio. Oxidos mixto. Química en disolución acuosa y compuestos de coordinación. 13 Alcalinos y alcalinotérreos. Características generales de su comportamiento químico. Preparación de los elementos. Carácter singular del berilio. Disoluciones en amoníaco líquido. Compuestos de coordinación. Reactivos de Grignard. Compuestos organometálicos. 1, ,0 3,5

6 14 Cinc, cadmio y mercurio. Características generales de los elementos. Obtención. Compuestos binarios. Química en disolución acuosa. Compuestos de coordinación. Relevancia biológica y toxicidad. 15 Introducción a los elementos de transición. Características generales. Compuestos de coordinación. Nomenclatura. Teorías del enlace. Estabilidad termodinámica y aspectos cinéticos. IX. Bibliografía básica 3,5 G. E. Rodgers "Química Inorgánica: Introducción a la Química de Coordinación, del Estado Sólido y Descriptiva". Ed MacGraw-Hill, 1995, 1ª edición en castellano (traducción de la 1ª edición en inglés de Ed. MacGraw-Hill, 1995) G. Rayner-Canham. "Química Inorgánica Descriptiva". Ed. Prentice Hall, 2000, 1ª edición en castellano (traducción de la 2ª edición en inglés de ed. Freeman, 2000). En formato separado, se ha publicado el manual de respuestas a los ejercicios planteados. D. F. Shiver P. W. Atkins y C.H. Langford. Quimica Inorgánica. Ed. Reverte, A. Cotton, G. Wilkinson y P. L. Gauss "Basic Inorganic Chemistry". Ed. Wiley, 3ª edición, Existe traducción al castellano de ediciones anteriores. N. N. Greewood y A. Earnshaw. "Chemistry of the Elements". Ed. Butterworth-Heinemann, 2ª edición C. E. Housecroft and A. G. Sharpe. "Inorganic Chemistry". Ed. Prentice-Hall, En formato separado, se ha publicado el manual de respuestas a los ejercicios planteados. I. S. Butler y J. F. Harrod "Química Inorgánica: Principios y Aplicaciones " Ed. Addison- Wesley Iberoamericana, 1992, 1ª edición en castellano (traducción de la 1ª versión en inglés de Ed. Benjamín/Cummings, 1989). J. McCleverty "Chemistry of the First Row Transition Metals". Ed. Oxford University Press, C. E. Housecroft "The Heavier d-block Metals. Aspects of Inorganic and Coordination Chemistry" Ed. Oxford University Press, X. Metodología La asignatura está planteada para que el estudiante sea el protagonista de su propio aprendizaje y se estructura de la siguiente manera: o Clases teóricas.- En dichas clases el profesor dará una visión general del tema objeto de estudio haciendo especial hincapié en los aspectos nuevos o de especial complejidad. Lógicamente, estas clases se complementan con el tiempo de estudio personal indicado en el apartado III. o Clases prácticas.- En estas clases se llevará a cabo la aplicación de específica de los conocimientos que los estudiantes hayan adquirido en las clases de teoría. Los estudiantes deberán, previamente, haber trabajado los problemas que se van a resolver. La resolución de dichos problemas se llevará a cabo en

7 algunas ocasiones por el profesor y en otro caso por los alumnos bien en grupo, bien de forma individualizada. o Tutorías.- Los alumnos acudirán a ellas en grupos de cuatro y serán de una hora cada dos semanas. En ellas, el profesor evaluará el proceso de aprendizaje de los estudiantes de un modo globalizado. Igualmente, las tutorías servirán para resolver todas las dudas que hayan podido surgir a lo largo de las clases y orientará a los estudiantes sobre los métodos de trabajo más útiles para la resolución de los problemas que se les puedan presentar. o Seminarios.- Uno al mes, será empleado en la exposición de trabajos teóricos o prácticos previamente propuestos por el profesor y que hayan sido resueltos o preparados por los propios estudiantes trabajando en grupo y empleando la bibliografía indicada por el profesor. En estos seminarios se ejercitará la capacidad de esquematizar, resumir y explicar que será más tarde evaluada. XI. Evaluación del aprendizaje La evaluación del aprendizaje se llevará a cabo de una forma continúa por parte del profesor dado el estrecho contacto que se mantendrá a lo largo del curso. Un 30% de la nota procederá de la evaluación directa del profesor en las clases prácticas y teóricas y en las tutorías. En este evaluación se tendrán en cuenta distintos aspectos, entre los que cabe destacar: o Asistencia y participación razonada y clara en la discusiones planteadas. o Progreso en el uso del lenguaje característico de la química inorgánica. o Resolución de problemas y planteamiento de dudas. o Espíritu crítico. Un 10% de la nota se obtendrá como resultado de la participación en los trabajos teóricos o prácticos que serán expuestos en los seminarios. Por último, los conocimientos adquiridos se evaluaran también mediante tres exámenes a lo largo del curso, en los periodos establecidos por la Facultad, que contribuirán un 60% de la nota final. Las dos primeras pruebas permitirán, en caso de ser aprobadas, eliminar materia, y en caso contrario, se deberá efectuar exámenes adicionales de recuperación al finalizar el curso. Todos los exámenes constan de preguntas objetivas, dedicadas a aquellos conocimientos considerados como básicos, y de problemas numéricos y de relación que obliguen a relacionar aspectos de la asignatura que aparezcan en distintos temas. Los alumnos que no aprueben en la primera convocatoria deberán presentarse al examen único de la segunda.