Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco

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1 Profesor Responsable: Dra. Olga Susana Herrera Régimen de cursado: Primer Cuatrimestre Carga Horaria: Total Sem. Teóricos Total Teóricos Sem. Prácticos Total Prácticos Sem. Teórico/Práct. Total Teórico/Práct Clases Teóricas /Teórico-prácticas Días: Martes (clase teórica) de 8 a 11 hs Clases prácticas Días:Lunes (clase de problemas) Días: Jueves (clase práctica-laboratorio) de 9 a 12 hs de 14 a 17 hs (Comisión A), de 17 a 20 hs (Comisión B) Asignaturas Correlativas: Código Nombre Química General Física Para la/s carrera/s Farmacia I. Objetivos de la Asignatura: Con esta asignatura se pretende que el alumno sea capaz de: Comprender los principios fundamentales que se aplican a distintos fenómenos de interés en Química y disciplinas afines. Desarrollar una actitud que le permita una interpretación racional de los fenómenos naturales. Adquirir juicio crítico y creatividad para resolver problemas en los que aplique las leyes que rigen los fenómenos antes mencionados. Adquirir habilidades y destreza para la observación y determinación de los fenómenos observados, interpretar los datos experimentales obtenidos en las experiencias que realiza y analizar críticamente los resultados obtenidos. Acrecentar su capacitación para la ejecución de experimentos de laboratorio, considerando su realización en condiciones adecuadas de seguridad y la confección de informes científicos. Año de Vigencia 2013 Nro. De Orden : Página 1

2 II. 1 Contenidos Mínimos: Primera ley de la termodinámica. Entalpía. Termoquímica. Leyes y conceptos fundamentales. Segunda ley de la termodinámica. Entropía. Energía libre. Tercera ley de la termodinámica. Criterios de espontaneidad. Estabilidad de las fases. Transiciones de fase. Tratamiento termodinámico del equilibrio químico. Termodinámica de sistemas reales: magnitudes molares parciales, potencial químico, actividad. Soluciones de electrolitos. Introducción a los procesos irreversibles. Termodinámica de superficies. Coloides. Macromoléculas. Bioenergética. Cinética Química. Conceptos fundamentales. Catálisis. Teorías de la velocidad de reacción. Fotoquímica. II. 2 Programa Analítico: UNIDAD N 1 LAS PROPIEDADES DE LOS GASES. El gas ideal. Ecuación de estado de un gas ideal. Comportamiento P-V-T de los gases. Mezclas de gases. Ley de Dalton de las presiones parciales. Ley de Amagat de los volumenes parciales. Teoría cinética de los gases. Gases reales. Factor de compresibilidad. Ecuación de estado de Van der Waals. Otras ecuaciones de estado. Datos críticos y ecuaciones de estado. Principio de los estados correspondientes. UNIDAD N 2 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA. Definiciones y terminología general en termodinámica. Trabajo, calor, energía. La formulación de la primera ley de la termodinámica. Funciones de estado. Entalpía. Capacidad calorífica. Capacidad calorífica a presión constante y a volumen constante. Capacidad calorífica de los gases ideales. Trabajo de expansión. Procesos reversibles e irreversibles. Procesos isotérmicos y adiabáticos en gases ideales y reales. Expansión de los gases reales. Efecto de Joule-Thomson. UNIDAD N 3 TERMOQUÍMICA. Medida de los calores de reacción. Variación de la entalpía y energía interna en las reacciones químicas. Cálculo indirecto de los calores de reacción. Estados estándar. Entalpía de formación. Entalpía de combustión Calor integral y calor diferencial de solución. Entalpía de neutralización de ácidos y bases. Cálculo de calores de reacción a partir de las entalpías de enlace. Cálculo de entalpías de formación utilizando la aproximación Año de Vigencia 2013 Nro. De Orden : Página 2

3 de los grupos termoquímicos. Dependencia del calor de reacción con la temperatura. UNIDAD N 4 SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA. La dirección de los cambios espontáneos. Máquinas térmicas. Eficiencia. Entropía. Aumento de la entropía del universo como criterio de espontaneidad. Cambios de entropía en procesos reversibles e irreversibles. Cambios de entropía en transformaciones que involucran gases. Cambios entrópicos en transformaciones físicas y reacciones químicas. TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA. Evaluación de las entropías absolutas. Entropía y probabilidad. UNIDAD N 5 LA ENERGÍA LIBRE Y EL EQUILIBRIO. Energías de Helmholtz y Gibbs. Cálculo de cambios de energía de Helmholtz y de Gibbs. Disminución de la energía libre como criterio de espontaneidad. Ecuaciones fundamentales de la termodinámica. Dependencia de la energía de Gibbs con la presión y la temperatura. El potencial químico de una sustancia pura. Gases reales. Fugacidad. Estado estándar de un gas real. Determinación de coeficiente de fugacidad de gases. Energía de Gibbs molar estándar de formación. Criterios de equilibrio. Potencial químico en sistemas multicomponentes. Equilibrio material. UNIDAD N 6 TRANSFORMACIONES FÍSICAS EN LAS SUSTANCIAS PURAS Equilibrio de fases. Criterio termodinámico de estabilidad de fases. Regla de las fases. Equilibrio de fases en sistemas de un componente. La clasificación de Ehrenfest para las transiciones de fase. Ecuación de Clapeyron y de Clausius-Clapeyron. UNIDAD N 7 MEZCLAS SIMPLES. Magnitudes molares parciales. Su determinación. Propiedades termodinámicas de mezclas. Equilibrio de fases en sistemas multicomponentes. Mezclas binarias de líquidos volátiles. Disoluciones ideales. Ley de Raoult y sus desviaciones. Propiedades termodinámicas de las disoluciones ideales. Disolución diluída ideal. Ley de Henry. Disoluciones reales. Funciones de exceso. Diagramas de presión de vapor en función de la composición para mezclas binarias miscibles. Azeótropos. Actividades y coeficientes de actividad. Su determinación. Aplicación de la ecuación de Gibbs-Duhem. Determinación de coeficientes de actividad de electrolitos. Teoría de Debye- Hückel. Dependencia del coeficiente de actividad con la fuerza iónica. Solubilidad de pares líquidos parcialmente miscibles. Presión de vapor y destilación de líquidos inmiscibles. Solubilidad de gases en líquidos. Ley de distribución de Nernst. UNIDAD N 8 PROPIEDADES COLIGATIVAS. Descenso de la presión de vapor. Ascenso ebulloscópico. Descenso crioscópico. Ósmosis y presión osmótica. Ecuación de Van't Hoff de la presión osmótica. Cálculo de pesos moleculares. Propiedades coligativas en disoluciones reales. UNIDAD N 9 EQUILIBRIO QUÍMICO. Avance de reacción. Condición de equilibrio químico. Constante de equilibrio termodinámico. Propiedades de la constante de equilibrio. Año de Vigencia 2013 Nro. De Orden : Página 3

4 Equilibrio en sistemas gaseosos. Efecto de los gases inertes en el equilibrio. Equilibrio químico en disoluciones ideales y reales. Equilibrio químico en sistemas heterogéneos. Efecto de la temperatura y de la presión sobre el equilibrio químico. Variación de energía libre estándar de reacciones bioquímicas. Aplicaciones a sistemas seleccionados. UNIDAD N 10 INTRODUCCIÓN A LA TERMODINÁMICA DE PROCESOS IRREVERSIBLES Variación de entropía en procesos irreversibles. La hipótesis del equilibrio local. Formulación de Onsager. Mínima producción de entropía en sistemas contínuos. Estados estacionarios. Aplicaciones. UNIDAD N 11 CINÉTICA QUÍMICA. Conceptos de velocidad de reacción, orden de reacción y molecularidad. Constante específica de velocidad de reacción. Métodos experimentales de obtención de datos cinéticos. Tratamiento de los datos cinéticos. Determinación del orden de reacción y de la constante de velocidad de reacción a partir de esos datos. Reacciones de primero y segundo orden. Reacciones complejas. Mecanismos de reacciones complejas. Método del estado estacionario y aproximación de la etapa determinante de la velocidad. Influencia de la temperatura en la velocidad de la reacción. Ecuación de Arrhenius. Energía de activación. Reacciones en fase gaseosa. Reacciones bimoleculares. Teoría de las colisiones. Teoría del estado de transición. Reacciones unimoleculares. El mecanismo de Lindemann-Hinshelwood. Reacciones en solución. Efecto del solvente en la constante de velocidad. Catálisis homogénea. Mecanismo general de catálisis. Catálisis ácido-base general y específica. Catálisis por enzimas. Mecanismos. Efecto del ph y de la temperatura. UNIDAD Nº 12 FOTOQUÍMICA. Consecuencias de la absorción de luz. Leyes de Grotthus-Draper y de Stark-Einstein. Diagrama de Jablonski. Cinética de los procesos fotofísicos y fotoquímicos. Rendimiento cuántico primario. Desactivación colisional. Ecuación de Stern-Volmer. Transferencia de energía. Reacciones de transferencia de electrones. Fotosensibilización. UNIDAD N 13 TERMODINÁMICA DE SUPERFICIES. Tensión superficial. Variación de la tensión superficial con la temperatura y la presión. Tensión superficial de soluciones. Agentes tensioactivos. Interfases líquido-líquido. Interfase líquido-sólido. Interfase sólido-gas. COLOIDES Y SURFACTANTES. Clasificación, preparación y estabilidad. Formación de micelas. MACROMOLÉCULAS. Distribución de pesos moleculares. Peso molecular promedio. Métodos de determinación de peso molecular. Osmometría. Dispersión de la luz. Sedimentación en la ultracentrífuga. Sedimentación en equilibrio y medida de la velocidad de sedimentación. Coeficiente de sedimentación. Viscosidad intrínseca. Procedimientos para la medida de la viscosidad de macromoléculas. Electroforesis. UNIDAD N 14 BIOENERGÉTICA. La primera y la segunda ley de la termodinámica aplicadas a los seres vivos. Análisis termodinámico de los seres vivos como sistemas abiertos en estado estacionario. Año de Vigencia 2013 Nro. De Orden : Página 4

5 Estado estacionario: consideraciones cinéticas. Reacciones acopladas. Aplicaciones a sistemas bioquímicos. Bioelectroquímica. TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA CELULAR. Distribución de solutos a través de membranas biológicas. Transporte pasivo. Definición y caracterización. Equilibrio Gibbs-Donnan. Transporte activo. Definición y caracterización. Fuente de energía del transporte activo. Sistemas primarios y secundarios de transporte activo. Transporte de solutos por difusión simple. Cinética del transporte por difusión simple. Transporte de agua. Transporte mediado de solutos. Definición y caracterización. Cinética del transporte mediado. Fuerza impulsora de los procesos de transporte mediado. Difusión facilitada. Los trabajos prácticos que se realizarán en Laboratorio son: Determinación de calor de neutralización de ácidos fuertes y débiles. Determinación de la presión de vapor y de la entalpía de vaporización del agua. Determinación de volumenes molares parciales y volumen molar de exceso. Determinación de la constante de equilibrio de formación de un ión complejo y de la energía libre estándar de formación. Estudio de la cinética de la reacción de inversión de la sacarosa por polarimetría. Estudio del efecto de la fuerza iónica sobre la velocidad de la reacción de decoloración de la fenolftaleína en medio básico por espectrofotometría. Estudio del efecto de la temperatura sobre la velocidad de la reacción de saponificación del acetato de etilo por medición de conductividad. Determinación del peso molecular del alcohol polivinílico a partir de la viscosidad intrínseca. Clases de resolución de problemas Propiedades de los gases. Primera ley de la termodinámica. Termoquímica. Cálculos de variación de entropía en transformaciones que involucran gases. Cálculos de variación de entropía en transformaciones físicas y reacciones Químicas. La Energía libre y el equilibrio. Transformaciones físicas de sustancias puras. Año de Vigencia 2013 Nro. De Orden : Página 5

6 Disoluciones ideales y reales. Propiedades coligativas. Equilibrio Químico. Cinética Química. Catálisis y Fotoquímica. Macromoléculas. Semana Descripción 1 Clase teórico-práctica. Gases ideales y reales. Clase teórica. Primera ley de la Termodinámica. Resolución de Guía de problemas N 1. Gases ideales y reales. 2 Resolución de Guía de problemas N 2. Primera ley de la Termodinámica. Clase teórica. Termoquímica. Trabajo práctico de laboratorio Nº 1. Determinación del calor de neutralización. 3 Resolución de Guía de problemas Nº 3. Termoquímica. Clase teórica. Segunda y Tercera Ley de la Termodinámica. 4 Resolución de Guía de problemas Nº 4. Cálculos de variación de entropía en transformaciones que involucran gases. 5 Resolución de Guía de problemas Nº 5. Cálculos de variación de entropía en transformaciones físicas y reacciones Químicas. Clase teórica. La Energía libre y el equilibrio. Resolución de Guía de problemas Nº 6. La Energía libre y el equilibrio. 6 Clase teórico-práctica. Transformaciones físicas en las sustancias puras. Resolución de Guía de problemas Nº 7. Clase teórica. Mezclas simples. Propiedades termodinámicas de las disoluciones ideales y reales. Trabajo práctico de laboratorio Nº 2: Determinación de la presión de vapor y de la entalpía de vaporización del agua. Año de Vigencia 2013 Nro. De Orden : Página 6

7 7 Resolución de Guía de problemas Nº 8: Disoluciones. Clase teórica. Propiedades coligativas. Trabajo Práctico de laboratorio N 3. Determinación de volúmenes molares parciales y volumen molar de exceso. 8 Primer examen parcial. Clase de consulta. 9 Resolución de Guía de Problemas Nº 9: Propiedades coligativas. Clase teórica. Equilibrio Químico. Trabajo práctico de laboratorio Nº 4: Determinación de la constante de equilibrio de formación de un ión complejo y de la energía libre estándar de formación. 10 Recuperatorio del primer exámen parcial. Primer parcial de promoción. Introducción a la termodinámica de procesos irreversibles. Cinética Química. Aspectos generales. Determinación de orden de reacción. Trabajo práctico de laboratorio N 5: Estudio de la cinética de una reacción de primer orden. Inversión de la sacarosa. 11 Resolución de Guía de problemas Nº 10: Equilibrio Químico. Cinética Química. Reacciones complejas. Teorías de velocidad de reacción. Trabajo práctico de laboratorio Nº 6: Efecto de la fuerza iónica sobre la velocidad de una reacción. 12 Resolución de Guía de problemas Nº11: Cinética Química. Cinética Química. Catálisis homogénea. Fotoquímica. Trabajo práctico de laboratorio Nº 7: Efecto de la temperatura en la velocidad de reacción. 13 Segundo exámen parcial. Coloides y surfactantes. Macromoléculas. Trabajo práctico de laboratorio Nº8: Determinación del peso molecular del alcohol polivinílico por medición de viscosidad. 14 Resolución de Guía de problemas Nº12: Catálisis y Fotoquímica. Recuperatorio del segundo exámen parcial Año de Vigencia 2013 Nro. De Orden : Página 7

8 Recuperación de los trabajos prácticos de laboratorio. 15 Resolución de Guía de problemas Nº13: Macromoléculas y Coloides. Bioenergética Recuperatorio final. Segundo parcial de promoción. IV. Bibliografía: Título: Química Física. Autor: P. W. Atkins, Julio de Paula. Título: Atkins s Physical Chemistry Autor: P. W. Atkins, Julio de Paula. Título: Química Física. Autor: Thomas Engel, Philip Reid. Título: Fisicoquímica Autor: Keith J. Laidler, John H. Meiser. Año: 2008 Editorial: Editorial Médica Panamericana. Lugar de edición: Buenos Aires Año: 2010 Editorial: Oxford University Press. Lugar de edición: Oxford. Año: 2006 Editorial: Pearson Educación S.A. Lugar de edición: Madrid. Año: 2005 Editorial: CECSA. Lugar de edición: México. Título: Fisicoquímica para las Ciencias Químicas y Biológicas. Autor: Raymond Chang. Básica para: Unidades 1 a 9 y 11 a 14. Año: 2008 Editorial: Mc. Graw Hill Interamericana. Lugar de edición: México. Título: Fisicoquímica Autor: David W. Ball. Año: 2004 Editorial: Thomson. Lugar de edición: México. Año de Vigencia 2013 Nro. De Orden : Página 8

9 Título: Fisicoquímica Autor: Ira Levine. Año: 1997 Editorial: Mc Graw Hill Latinoamericana S.A. Título: Fisicoquímica Autor: Gilbert Castellan. Año: Editorial: Addison-Wesley Iberoamericana S.A. Título: Materia y moléculas. Autor: Roberto Fernández Prini, Ernesto Marceca, Horacio Corti. Básica para: Unidad 10. Año: Editorial: Eudeba. Lugar de edición: Buenos Aires. Complementaria para: Título: Cinética Química. Autor: Ángel González Ureña. Básica para: --- Año: Editorial: Síntesis. S.A. Lugar de edición: Madrid. Complementaria para: Unidad Nº 11. Título: Macromoléculas. Autor: Alejandro Paladini y M. Burachik. Básica para: ---- Título: Transporte a través de la membrana celular. Autor: P. J. Garrahan y A. F. Rega. Básica para: Unidad Nº 14. Título: Experiments in Physical Chemistry. Autor: Shoemaker, Garland, Steinfeld and Nibler. Básica para: ---- Año: Editorial: Monografía N 3 de la serie de Química del Programa Regional de Desarrollo Científico y Tecnológico. Departamento de Asuntos Científicos. Secretaría General de la O.E.A. Lugar de edición: Washington Complementaria para: Unidad Nº 13. Año: Editorial: Monografía N 18 de la serie de Biología del Programa Regional de Desarrollo Científico y Tecnológico. Departamento de Asuntos Científicos. Secretaría General de la O.E.A. Lugar de edición: Washington Complementaria para: --- Año: Editorial: Mc. Graw Hill. Complementaria para: Trabajos Prácticos de laboratorio. Año de Vigencia 2013 Nro. De Orden : Página 9

10 Título: Principios y problemas de química Física para bioquímicos. Autor: N. C. Price, R.A. Dwek. Básica para: ---- Año: Editorial: Acribia. Lugar de edición: Zaragoza Complementaria para: Unidad Nº 11. V. Metodología de Enseñanza: Clases teóricas: En las clases teóricas se desarrollarán todos los temas que se enuncian en el programa analítico, apoyándose a tal efecto en los contenidos adquiridos en el cursado de las asignaturas correlativas y considerando su aplicación en asignaturas posteriores de la carrera. Se analizarán cada uno de los conceptos que permitan el abordaje y resolución de situaciones problemáticas que con posterioridad se plantean en las clases de resolución de problemas o en los trabajos prácticos de laboratorio. Las clases se desarrollarán en pizarrón y con el uso de diapositivas, las que estarán disponibles para los alumnos previamente. Se plantean situaciones problemáticas que permitan la participación de los alumnos durante las clases y la articulación con las clases de problemas y trabajos prácticos de laboratorio. Los contenidos de las clases teóricas serán evaluados en el examen final o en el parcial teórico de promoción. Clases de problemas En la Guía de trabajos prácticos de la asignatura se incluyen problemas que permiten aplicar la teoría a la práctica con capacidad crítica. Se incluyen problemas auténticos de complejidad adecuada al nivel del curso que ayuden a establecer una conexión con la práctica profesional o con el mundo que los rodea. Se recomienda la resolución de problemas en forma grupal, con la orientación de los docentes de la cátedra, según el requerimiento de los alumnos. Esto permitiría aprovechar el proceso natural de colaboración de los alumnos para la resolución de problemas y utilizar las ventajas que se pueden obtener tanto del entorno de aprendizaje basado en la resolución de situaciones problemáticas como del aprendizaje colaborativo. En el caso de que los problemas puedan ser resueltos a partir de distinta información, se destinará tiempo para una actividad de clausura en que los alumnos intercambien ideas y discutan distintas alternativas de resolución. Esto permitirá a los alumnos aprender participando activamente en su proceso de aprendizaje. Los temas desarrollados en las clases de problemas se evaluarán en los exámenes parciales. Trabajos prácticos de laboratorio: Esta actividad completa los contenidos de la asignatura, ya que es una parte de la química con fuerte base experimental. El programa de trabajos prácticos de laboratorio, pretende desarrollar destrezas y habilidades de naturaleza instrumental necesarios para la recolección, procesamiento, registro y comunicación de información relevante. Los trabajos prácticos de laboratorio se efectuarán en forma grupal, con un número de integrantes por grupo que permita que todos los alumnos puedan tener una participación activa en su realización con la orientación permanente de los auxiliares docentes de la cátedra. A tal efecto, las actividades se desarrollarán en dos comisiones. Previo a su realización, los alumnos deben comentar en forma oral las actividades que realizarán durante Año de Vigencia 2013 Nro. De Orden : Página 10

11 el trabajo práctico a efectos de que los docentes puedan diagnosticar si tienen los conocimientos previos para la realización de los experimentos que se proponen o si necesitan algún apoyo adicional para que la realización de los mismos sea exitosa. Los alumnos deben informar los resultados obtenidos en el experimento realizado el día de su realización y presentar un informe escrito en forma grupal la semana siguiente. La evaluación de los trabajos prácticos de laboratorio se realizará a partir de los resultados obtenidos y del contenido y la organización del informe. La evaluación del informe es formativa y los alumnos tendrán la posibilidad de remediar los errores que pudieron haber cometido en su confección. VI. Condiciones para la aprobación del cursado de la asignatura Tener una asistencia del 85% a los trabajos prácticos (clases de resolución de problemas y trabajos prácticos de laboratorio). Aprobar el 75 % de los trabajos prácticos de laboratorio. Los alumnos tendrán una oportunidad de recuperación de cada trabajo desaprobado o ausentes justificado para lograr el mínimo requerido. Aprobar dos examenes parciales con una calificación mínima de 60/100. Los parciales serán escritos y a libro abierto y permitirán evaluar si el alumno es capaz de aplicar lo aprendido a situaciones nuevas. Cada uno de los exámenes parciales tendrá un recuperatorio y si en las instancias ofrecidas el alumno hubiera aprobado sólo uno de los examenes parciales, podrá contar con una última instancia de recuperación (recuperatorio final) que abarque los contenidos del parcial desaprobado. VI. Condiciones para la aprobación de la asignatura La asignatura se podrá aprobar como alumno regular rindiendo un exámen final o por el régimen de promoción directa sin exámen final. Rindiendo un exámen final. El exámen final será escrito. Los alumnos que deseen ser evaluados en forma oral deberán solicitarlo con anticipación de acuerdo a lo previsto en el reglamento académico de la Facultad de Ciencias Naturales. Por el régimen de promoción directa sin exámen final contemplado en el reglamento académico en vigencia cumpliendo con los siguientes requisitos: Asistir y aprobar el 100% de los Trabajos Prácticos y/o sus respectivos recuperatorios. Aprobar los dos examenes parciales con una calificación mínima de 70/100. Aprobar dos exámenes parciales de promoción sobre contenidos teóricos con una calificación mínima de 70/100. Se podrá aprobar la asignatura como alumno libre a través de un exámen que se desarrollará en tres instancias sucesivas y eliminatorias que incluyen la evaluación de las actividades que se realizan en las clases de resolución de problemas, evaluación de los trabajos prácticos de laboratorio y un exámen sobre los contenidos teóricos de la asignatura. Año de Vigencia 2013 Nro. De Orden : Página 11

12 Vigencia de este programa Año Firma Profesor responsable 2013 Dra. Olga Susana Herrera Visado Decano Sec. Académico Facultad Jefe de Departamento Coordinador: Comisión Curricular de la carrera Fecha Fecha Fecha Fecha Año de Vigencia 2013 Nro. De Orden : Página 12