PLAN DE LA ASIGNATURA FUNDAMENTOS QUÍMICOS DE LA INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Química y Ambiental CURSOS 2010/2011, 2011/2012, 2012/13

Transcripción

1 PRIMER CURSO INGENIERÍA INDUSTRIAL PLAN DE LA ASIGNATURA FUNDAMENTOS QUÍMICOS DE LA INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Química y Ambiental CURSOS 2010/2011, 2011/2012, 2012/13 A) PROFESORADO Tutorías: Día de la semana (horas) Manuel Alcalde Moreno Jueves (10 a 14) y Martes (18.15 a 20.15) Fátima Arroyo Torralvo Lunes (16 a 19) y Viernes (10-13) Constantino Fernández Pereira (Coordinador) Lunes (12.15 a 14.15) y Jueves (16.30 a 20.30) Carlos Leiva Fernández Lunes (16 a 19) y Viernes (10-13) José Vale Parapar Martes y Jueves (16.30 a 19.30) Rosario Villegas Sánchez Lunes y Miércoles (10.00 a 13.00) Yolanda Luna Galiano Jueves (16 a 19) y Viernes (10-13) B) METODOLOGÍA El material didáctico a disposición de los alumnos consta de guiones de todos los temas del Programa y apuntes completos de algunos de ellos. Además, también dispondrán de tablas y de diverso material gráfico. Independientemente de lo anterior, y como complemento de los apuntes de la asignatura, se recomienda a los alumnos la utilización de un libro de texto de referencia o de apoyo (alguno de los mencionados en la bibliografía). C) CRITERIOS DE EVALUACIÓN Y CALIFICACIÓN Se realizará un sólo examen, pretendiendo que el contenido del mismo, dentro de lo posible, esté equilibrado; en esta prueba se prestará especial atención a la evaluación de la capacidad del alumno para aplicar los conceptos impartidos. Al mismo tiempo que el examen, se realizarán exámenes de formulación orgánica e inorgánica. Para aprobar la asignatura, se requiere aprobar todas las partes del examen, teoría y problemas y formulaciones orgánica e inorgánica, y tener aprobadas las clases prácticas de laboratorio. El examen constará de un número de preguntas, proporcional a su extensión, que serán valoradas de cero a diez. La superación del examen de teoría y problemas requiere obtener en el mismo, al menos, la mitad de la puntuación máxima posible. La superación de las pruebas de formulación requiere que el número de fallos cometidos por el alumno sea igual o inferior al 25% del total de fórmulas de que conste el examen; la superación de los exámenes de formulación orgánica e inorgánica (deben aprobarse las dos independientemente) es válida para todo el curso académico (incluida la convocatoria de Septiembre). Para calificar las pruebas de formulación junto con el resto del examen, se considerará que cada fallo por encima del máximo permitido (el 25% del total) restará 0,25 puntos de la calificación final. El alumno

2 que tenga el examen de teoría y problemas aprobado en alguna de las convocatorias oficiales del curso, pero una calificación final suspensa por la formulación, se podrá presentar sólo a la formulación en la siguiente convocatoria que elija, conservando la parte aprobada de la asignatura hasta dicha convocatoria. En caso de que el alumno no hubiese aprobado las Prácticas de Laboratorio, éste deberá realizar, previamente a la convocatoria de examen oficial, un examen de prácticas en laboratorio. Para ello es necesario que los alumnos que se encuentren en esta situación se pongan en contacto con el profesor/a de la asignatura con la suficiente antelación (mínimo 1 mes) para planificar la realización de dicha prueba.

3 D) PROGRAMA CAPITULO I. INTRODUCCIÓN TEMA 1. INTRODUCCIÓN. ESTEQUIOMETRÍA Planteamiento de la Química General. Orígenes de la teoría atómica. El átomo de Dalton. Concepto de mol. La ecuación química. Reactivo limitante y rendimiento. Estequiometría en la industria. Balances de materia TEMA 2. TERMOQUÍMICA. CAMBIOS DE ENERGÍA EN LAS REACCIONES QUÍMICAS La energía en las reacciones químicas. Energía, entalpía y Primer Principio de la Termodinámica. Calores de reacción. Ecuaciones termoquímicas. Calores de formación. Entalpía de enlace. Capacidad calorífica. Calor de combustión. CAPITULO II. ESTADOS DE LA MATERIA TEMA 3. GASES IDEALES Introducción. Propiedades generales de la materia. Leyes de los gases: Boyle, Charles y Gay-Lussac. Temperatura absoluta. La ecuación del gas ideal. Presión parcial. Ley de Dalton. Teoría cinética de los gases. Distribución de velocidades moleculares. Capacidades caloríficas. TEMA 4. FUERZAS INTERMOLECULARES Fuerzas de van der Waals: Evidencia y características. Comportamiento real de los gases. Enlace de hidrógeno: Evidencia y naturaleza. Interacciones ion-molécula: Moléculas polares como disolventes. Entalpía de hidratación. TEMA 5. LÍQUIDOS Características generales. Teoría cinética de los líquidos. Equilibrios de fase. Energía involucrada en los cambios de fase. Equilibrio líquido-vapor. Relación presión de vapor-temperatura. Humedad relativa. TEMA 6. SOLUCIONES. PROPIEDADES COLIGATIVAS Soluciones, mezclas y compuestos. El agua como disolvente. Expresión de concentraciones. Soluciones ideales. Propiedades coligativas: presión de vapor, puntos de ebullición y congelación, presión osmótica. Electrolitos. TEMA 7. SOLUCIONES IDEALES Soluciones con dos componentes líquidos volátiles. Destilación fraccionada. Solubilidad y presión. Ley de Henry. Líquidos no miscibles. CAPITULO III. CAMBIO QUÍMICO. EQUILIBRIOS TEMA 8. CINÉTICA QUÍMICA. VELOCIDAD DE REACCIÓN Velocidad de reacción. Concentración y velocidad de reacción. Leyes diferencial e integral de velocidad. Orden y molecularidad de reacción. Mecanismos de reacción y leyes de velocidad. Energía de activación. Influencia de la temperatura. Influencia de la naturaleza de los reactivos. Influencia de catalizadores. TEMA 9. ESPONTANEIDAD Y ENTROPÍA

4 Las variaciones de entalpía como criterio de espontaneidad. Entropía y desorden. El Segundo Principio de la Termodinámica. Variaciones de entropía en reacciones químicas y cambios físicos. Entropía y temperatura. El Tercer Principio: entropías absolutas. TEMA 10. ENERGÍA LIBRE Energía libre: el criterio de espontaneidad. Variaciones de energía libre. Energía libre y equilibrio. TEMA 11. EQUILIBRIO QUÍMICO Velocidad de reacción y equilibrio. Energía libre y constante de equilibrio. Equilibrios heterogéneos. Principio de Le Chatelier: concentración, temperatura, presión. CAPITULO IV. EQUILIBRIOS EN SOLUCIÓN ACUOSA TEMA 12. TRATAMIENTO GENERAL DE LOS EQUILIBRIOS EN SOLUCIÓN Tipos de reacciones en solución. Reacciones de intercambio de partículas. Par donador-aceptor. Constantes de equilibrio tradicionales. Constante de equilibrio y fuerza del par. Potencial aceptor. Intervalos de predominio. Potenciales aceptores y reactividad. Especies predominantes. Cálculo aproximado de concentraciones. TEMA 13. EQUILIBRIOS ÁCIDO-BASE Conceptos de ácido y base. Variación del carácter ácido. Actuación del agua. Hidrólisis. ph. Fuerza del par: intervalos de predominio y ph. Cálculo de concentraciones. Volumetrías de neutralización. Soluciones reguladoras. TEMA 14. EQUILIBRIOS REDOX Potencial normal de reducción. Serie electroquímica. Ecuación de Nernst. Potencial normal y constante de equilibrio. Fuerza del par: intervalos de predominio y pe. Cálculo de concentraciones en equilibrios redox. TEMA 15. EQUILIBRIOS DE PRECIPITACIÓN Intervalos de predominio y px. Solubilidad y producto de solubilidad. Factores que afectan a la solubilidad. Cálculo de concentraciones. Precipitación fraccionada. TEMA 16. ELECTROQUÍMICA Celdas galvánicas. La pila Daniell. Fuerza electromotriz y constante de equilibrio. Pilas de concentración. Celdas primarias. Celdas reversibles. Celdas de combustible. Electrólisis: aspectos cuantitativos. Electroquímica aplicada. CAPITULO V. ESTRUCTURA DE LA MATERIA. ENLACE QUÍMICO TEMA 17. ESTRUCTURA DEL ÁTOMO. MECÁNICA ONDULATORIA Antecedentes. Teoría cuántica. Ecuación de onda. Concepto de orbital atómico. Densidad de la nube electrónica. Función de probabilidad. Probabilidad radial. Superficie límite. Orbitales atómicos. Energía de los orbitales atómicos. Átomos multielectrónicos. Efecto pantalla. TEMA 18. CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA Y SISTEMA PERIÓDICO Configuraciones electrónicas. Principio de construcción. El Sistema Periódico: grupos, períodos y configuraciones electrónicas. Clasificación de los elementos.

5 TEMA 19. COMPORTAMIENTO PERIÓDICO DE LOS ELEMENTOS Potenciales de ionización. Afinidad electrónica. Electronegatividad. Radios atómicos e iónicos. Resumen de las propiedades periódicas: metales, no metales y semimetales. TEMA 20. INTRODUCCIÓN AL ENLACE QUÍMICO. ENLACE COVALENTE Evidencia del enlace químico. Ión molécula de hidrógeno. Molécula de hidrógeno. Energía, longitud y orden de enlace. Estructuras de Lewis. Método de repulsiones RPECV. Resonancia: Enlaces deslocalizados. Polaridad del enlace. Sólidos covalentes. TEMA 21. SÓLIDOS IÓNICOS Y METÁLICOS Introducción. Energía de estabilización culómbica. Sólidos iónicos. Energía reticular. Determinación experimental de energías reticulares. Ciclo de Born-Haber. Polarización de iones. Propiedades características de los metales. Redes cristalinas con empaquetamiento compacto. Teoría del gas electrónico. Propiedades diferenciales entre sólidos. CAPITULO VI. QUÍMICA APLICADA TEMA 22. LA INDUSTRIA QUÍMICA INORGÁNICA La industria química clásica. Principales productos inorgánicos. Ácidos inorgánicos: sulfúrico, nítrico, fosfórico. Fertilizantes. Obtención de amoniaco. Álcalis: hidróxido y carbonato sódico (Proceso Solvay), cal. Estructura general de la industria química inorgánica. TEMA 23. LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS Papel del carbono. Cadenas hidrocarbonadas. Conformaciones. Cadenas cíclicas. Concepto de grupo funcional. Principales funciones orgánicas. Isomería. Efectos electrónicos en Química Orgánica. Efecto inductivo. Efecto mesomérico. Mecanismos de reacción. Rupturas homolítica y heterolítica. Intermedios de reacción. Reactivos electrófilos y nucleófilos. Clasificación de las reacciones. TEMA 24. LA INDUSTRIA QUÍMICA ORGÁNICA Introducción. Materias primas: carbón, petróleo y gas natural. Refino del petróleo: procesos de separación, conversión y acabado. Petroquímica: materias primas, operaciones primarias, operaciones intermedias y productos finales. Polímeros orgánicos. Los polímeros vinílicos. Plásticos, Elastómeros y Fibras. E) PRÁCTICAS DE LABORATORIO Cinética Química. Cinética de la solvólisis del cloruro de tercbutilo Destilación fraccionada. Destilación a presión atmosférica. Determinaciones conductimétricas. Reacciones ácido-base Valoración ácido-base. Curva de valoración de carbonato (CO 3 = ) y bicarbonato (HCO 3 - ) Procesos redox espontáneos. Pilas galvánicas. Valoraciones redox Procesos redox forzados. Determinación del Número de Avogadro Solubilidad-Precipitación. Determinación y eliminación de la dureza de un agua. Extracción líquido-sólido. Extracción Soxhlet de aceite.

6 F) BIBLIOGRAFÍA APUNTES DE LA ASIGNATURA. Teoría. Formulación. Problemas. Exámenes resueltos. Manual de prácticas QUÍMICA. LA CIENCIA BÁSICA. M. D. Reboiras. Thomson QUÍMICA. UN PROYECTO DE LA ACS. American Chemical Society. Reverté QUÍMICA. PRINCIPIOS Y REACCIONES. 4ª Ed. W.L. Masterton y C.N. Hurley. Thomson- Paraninfo QUÍMICA GENERAL. 8ª Ed. R. H. Petrucci, W.S. Harwood y G. Herring. Prentice Hall QUÍMICA GENERAL. J. A. LÓPEZ CANCIO. Grupo Editorial Iberoamérica QUÍMICA. 7ª Ed. R. Chang. McGraw-Hill QUÍMICA. MOLÉCULAS, MATERIA, CAMBIO. P.W. Atkins y L. Jones. 3ª Ed. Omega QUÍMICA GENERAL. P.W. Atkins. Ed. Omega QUÍMICA. Gillespie y otros. Ed. Reverté S. A QUÍMICA. CURSO UNIVERSITARIO. 4ª ed. Mahan; Myers. Addison-Wesley Iberoamericana, PRINCIPIOS DE QUÍMICA. 3ª ed. Dickerson y otros. Ed. Reverté S.A PROBLEMAS RESUELTOS DE QUÍMICA PARA INGENIERÍA. J.Vale Parapar y otros. Thomson-Paraninfo FUNDAMENTOS Y PROBLEMAS DE QUÍMICA. Vinagre; Vázquez. Alianza Universidad Textos PROBLEMAS DE QUÍMICA. Cuestiones y ejercicios. J.A. López Cancio. Prentice Hall