FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Código-Materia: 26008 - Análisis Químico y Laboratorio Requisito: Química general (26000) o Quimica General 2 (26102) Programa Semestre: Biología, Química y Química Farmacéutica 3er semestre Período académico: 2016-2 Intensidad semanal: 4 horas + 4 de laboratorio Créditos: 4 Descripción Este curso brinda los principios teóricos y prácticos de la química analítica clásica e introduce al estudiante en el manejo de datos originados en mediciones experimentales. Se hace una presentación rigurosa del equilibrio químico y de los factores que lo alteran. Se hace una breve introducción a las determinaciones gravimétricas. Se discutirán en detalle las distintas titulaciones clásicas y la información que puede obtenerse de una curva de titulación. Objetivos General: Adquirir los conocimientos generales de los métodos analíticos químicos tradicionales y la aplicación de los mismos, de tal manera que permitan desarrollar habilidades para la investigación, resolución de problemas y toma de decisiones. Identificar las diferentes técnicas de análisis químicos así como los equipos que se utilizan en los laboratorios de análisis químico, Identificar la metodología para la toma de muestras en el análisis químico. Reconocer la exactitud y precisión de los datos experimentales mediante la aplicación de métodos estadísticos. Resolver problemas analíticos de forma cuantitativa. Aplicar los sistemas de equilibrio en el análisis cuantitativo. Reconocer el efecto de los electrolitos en el equilibrio. Realizar cálculos mediante el manejo sistemático del equilibrio para la resolución de problemas. Realizar cálculos aplicando el análisis gravimétrico. Describir la teoría y la práctica del análisis volumétrico, incluidas la volumetría acido-base y la volumetría redox, describir la interacción de la radiación con la materia y aplicarlo al análisis químico. Identificar las técnicas espectroscópicas básicas incluidas la espectroscopia UV-VIS e IR describir e identificar las principales técnicas de separación principalmente la cromatografía liquida, gaseosa y la electroforesis capilar. Igualmente, la parte práctica de este curso le permitirá al estudiante el realizar análisis químico de deferentes tipos muestras reales, Preparara muestras, realizar muestreos, Disolver y descomponer muestras para el análisis químico. Terminales: Al finalizar el semestre el estudiante estará en capacidad de: Explicar cuál es la importancia del estudio de la química analítica para cualquier profesional del área de la química. Aplicar los métodos estadísticos para juzgar la calidad de los resultados analíticos. Explicar el comportamiento fundamental de especies químicas en disolución acuosa homogénea. Con base en la ley de acción de masas, la ley de Nernst y mediante el uso de tablas de constantes del equilibrio, identificar el sentido de desplazamiento de cuatro tipos de equilibrio en disolución (ácido-base, complejación, precipitación y oxido-reducción). Análisis químico y laboratorio Página 1 de 8
Evaluar mediante cálculos algebraicos, las concentraciones de las especies químicas presentes en disoluciones de electrolitos fuertes y débiles Efectuar los cálculos correspondientes y aplicaciones de las titulaciones ácido-base en los métodos analíticos. Evaluar mediante gráficos, las concentraciones de las especies químicas presentes en los equilibrios ácido-base. realizar los cálculos implicados en las titulaciones de formación de complejos y precipitados. Aplicar el equilibrio de oxidación-reducción en los métodos volumétricos de análisis químico. Realizar los cálculos implicados en las determinaciones analíticas efectuadas por métodos gravimétricos Explicar los fundamentos de las técnicas cromatográficas, de electroforesis y espectroscópicas Disolver y descomponer diferentes tipos de muestras Aplicar las técnicas de muestreo para la toma de muestras ambientales. Específicos De formación académica: Unidad 1: Introducción Explicar el papel de la química analítica y su relación con las diferentes ciencias Identificar los criterios para la elección de un método analítico. Describir la diferencia entre muestra y analíto, Describir varios métodos para la calcular los resultados en un análisis cuantitativo. Unidad 2: Error experimental Identificar las cifras significativas, diferenciar sistemático de error aleatorio y precisión de exactitud, Describir límite de confianza Realizar el tratamiento de datos dudosos Unidad 3: Equilibrio químico Calcular las concentraciones de las especies en la condición de equilibrio en una serie de reacciones químicas Escribir las expresiones de las constantes de equilibrio de las reacciones en estudio (acido-base, de precipitación, de complejación y de óxido-reducción) Describir y aplicar el concepto de actividad Identificar y describir el efecto del ion común Identificar la fuerza iónica en los equilibrios iónicos Indicar las características de los electrolitos débiles y los electrolitos fuertes. Evaluar el porcentaje de conversión de una reacción. Realizar cálculos que involucren equilibrios simultáneos. realizar balances de masa y balances de carga para el manejo sistemático del equilibrio. Unidad 4: Análisis gravimétrico Describir el proceso de precipitación Explicar las propiedades de los precipitados y de los reactivos precipitantes Describir los términos: absorción, adsorción, agente desecante, coloides, calcinación, digestión de precipitados, cenizas. Describir cada uno de los pasos de las determinaciones analíticas gravimétricas. Análisis químico y laboratorio Página 2 de 8
Describir los métodos de filtración, calcinación y pesada Identificar las aplicaciones de los métodos gravimétricos. Unidad 5: Introducción al análisis volumétrico Describir los Fundamentos y la clasificación de los métodos volumétricos. Identificar, los patrones, Punto de equivalencia y final en los métodos volumétricos, Describir los métodos de detección del punto final de una valoración Realizar cálculos basados en el análisis volumétrico. Unidad 6: Volumetrías de neutralización Definir ácidos fuertes y débiles Realizar cálculos de ph a partir de los datos de las titulaciones ácido-base (de ácidos fuertes con bases débiles y viceversa, de ácidos y bases fuertes, de ácidos y bases polifuncionales) Construir curvas de titulación ácido-base. Utilizar la ecuación de Henderson-Hasselbalch para el cálculo de ph de las soluciones. Explicar el uso adecuado de los indicadores en las titulaciones ácido-base. Describir las propiedades de las soluciones amortiguadoras. Describir los métodos utilizados para establecer los puntos de equivalencia en las titulaciones ácido-base. Identificar las características que deben reunir los Indicadores ácido-base. Seleccionar aplicaciones de métodos volumétricos para reacciones de neutralización (determinaciones de ácidos, bases, carbonatos, bicarbonatos, hidróxidos, entre otros.) Unidad 7: Volumetrías de precipitación Identificar los diferentes analítos que se pueden determinar por volumetría de precipitación Realizar curvas de valoración por precipitación, Identificar y describir los métodos argentométricos, Distinguir las diferencias entre los métodos de Mohr, Fajans y Volhard. Realizar cálculos de: solubilidades de compuestos iónicos poco solubles, a partir de su Kps, Kps a partir de datos de solubilidad, predicción de formación o no formación de precipitados a partir de los datos de Kps y de producto iónico Describir la precipitación fraccionada. Unidad 8: Volumetrías de formación de complejos Definir los términos: complejo, ligando, quelato, constantes de formación condicional, Calcular concentración de metales en agua. Graficar curvas de titulación con EDTA. Describir e identificar los acomplejantes auxiliares, agentes enmascarantes y sus aplicaciones. Resumir las características que deben reunir los Indicadores químicos para las titulaciones complejometricas Unidad 9: Volumetría de Oxido reducción: Definir los conceptos de oxidación- reducción y establecer las semirreacciones de oxidaciónreducción de sistemas en equilibrio. Identificar los conceptos básicos de electroquímica, Identificar y describir las celdas galvánicas, los potenciales estándares, Realizar cálculos mediante la ecuación de Nernst, Calcular la constante de equilibrio en una reacción redox empleando la relación entre potencial estándar y la constante de equilibrio. Graficar curvas de valoración de óxido-reducción Análisis químico y laboratorio Página 3 de 8
Describir los diferentes métodos para la detección del punto final en una valoración redox. Identificar los indicadores redox, los Reactivos auxiliares oxidantes y reductores Describir las aplicaciones de la volumetría redox. Realizar los cálculos involucrados en las reacciones de oxidación reducción de agentes reductores como el Hierro II y el Tiosulfato de Sodio. Resolver problemas que impliquen cálculos químicos en los métodos volumétricos de oxidación reducción de los siguientes compuestos: Permanganato de Potasio, Cerio IV, Dicromato de Potasio, Bromato de Potasio y reactivo de Karl Fischer Unidad: 10 Introducción a las técnicas instrumentales de análisis Identificar los métodos ópticos de análisis, los instrumentos y sus componentes Identificar las aplicaciones de los métodos de espectroscopia atómica y molecular explicar los fundamentos de las técnicas de separación cromatográficas Identificar los componentes de un cromatógrafo de gases y uno líquido. Explicar los fundamentos instrumentación de la electroforesis capilar, la instrumentación y sus aplicaciones. De formación en valores y capacidades: Al terminar el curso cada estudiante habrá tenido la oportunidad de reflexionar sobre los siguientes valores, así como de desarrollar estas capacidades: La perseverancia y la autonomía, resolviendo los ejercicios propuestos en cada tema de estudio. La capacidad crítica para poner a prueba las teorías científicas a nivel teórico o experimental. La curiosidad intelectual y la capacidad de análisis, tratando de explicar los resultados teóricos y experimentales y la relación entre estos, así como la aplicación o extensión de los conceptos en otros campos científicos o tecnológicos. La responsabilidad, mediante el cumplimiento en las fechas de entrega de los trabajos e informes de laboratorio, cumplimiento de las normas de higiene y seguridad en el laboratorio. La honestidad, al reportar los resultados de la práctica sin ninguna alteración independiente de si el experimento funcionó o no. El respeto por la naturaleza, evitando la contaminación ambiental al no verter en los desagües los residuos de los experimentos. La capacidad de trabajo bajo presión, ya que la práctica de laboratorio debe terminarse en un tiempo determinado para poder reportar la totalidad de sus resultados. Metodología Los temas se desarrollaran durante el semestre siguiendo la metodología del aprendizaje activo. Tal como está planificado en el programa del curso, al final de la clase el profesor asigna las lecturas y tareas que el estudiante debe preparar para la clase siguiente. Al comienzo de la clase el estudiante presentará una comprobación de lectura corta o entregará la tarea que le haya sido asignada. Los días que se hayan programado quices no habrán comprobaciones de lectura. En todas las clases, parte del tema a cubrir será expuesto por uno de los estudiantes durante 5 a 10 minutos, el profesor presentará la asignación del tema al comienzo del semestre. En la hora semanal de tutoría un monitor le ayudará a los estudiantes a aclarar las dudas que tengan. Igualmente, los estudiantes tendrán la oportunidad de traer sus dudas a los profesores durante las dos horas semanales de atención a los estudiantes. La hora de tutoría y las dos horas de atención a los estudiantes serán acordadas entre el profesor, el monitor y los estudiantes en la primera clase. Análisis químico y laboratorio Página 4 de 8
Actividades del estudiante Antes de la clase: El estudiante deberá preparar los temas asignados por el profesor, lo que incluye: Estudiar el material asignado en la programación del curso, tanto para la clase teórica como para el laboratorio. Buscar información sobre los cuidados que se deban tener con los reactivos, equipos, instrumentos y procedimientos involucrados en las prácticas de laboratorio. Resolver las tareas, preguntas y ejercicios contenidos en el material del curso (teoría y laboratorio) y lo asignado adicionalmente por el profesor durante el semestre. Asistir a las secciones de monitoria o tutoría, si requiere algún apoyo adicional. De ninguna manera se considera que se ha preparado la clase solamente leyendo el material a la carrera, poco antes de entrar al salón o al laboratorio. Durante la clase: El estudiante deberá: Plantear las dudas que le quedaron durante su proceso de estudio del tema a tratar. Participar activamente en las actividades de la clase de acuerdo con los temas desarrollados durante la misma. Trabajar en la solución de los problemas y ejercicios propuestos. Presentar en su turno la exposición corta sobre el tema asignado por el profesor. Cumplir a cabalidad con las normas de seguridad en el laboratorio. Realizar la práctica de laboratorio correspondiente siguiendo las instrucciones de la Guía de Laboratorio de Química que se encuentra colgada en moodle. Elaborar un pre-informe al final de la práctica de laboratorio, según lo requiera el profesor. Después de la clase: El estudiante deberá: Establecer las relaciones entre los temas tratados en la clase y el conocimiento previamente adquirido. Analizar los resultados obtenidos en la práctica de laboratorio e integrarlos con los conceptos adquiridos en la clase teórica. Realizar las tareas definidas en la clase, incluyendo el desarrollo de ejercicios, consultas y otras actividades asignadas. Realizar el informe de laboratorio, después de la práctica realizada, según los lineamientos y requerimientos dados por el profesor. Asistir a las secciones de monitoria o tutoría, si requiere algún apoyo adicional. Evaluación La evaluación tiene dos componentes, uno relacionado con la parte teórica y otro con la práctica. Nota teórica (NT) Evaluación Valor porcentual Unidades que incluye Primer examen 25% 1,2,3 y 4 Segundo examen 25% 5, 6 y 7 Fecha en la que se realizará martes, 06 de septiembre de 2016 martes, 04 de octubre de 2016 Análisis químico y laboratorio Página 5 de 8
Tercer examen 25% 8, 9 y 10 Nov 21 a Dic 3 martes, 09 de agosto de 2016 martes, 23 de agosto de 2016 5 pruebas cortas (quices) 10% Exposición de una sección del tema Actividades de comprobación de preparación previa 5% 10% Nota final parte teórica 100% Definidos por el profesor. Definidos por el profesor. Al empezar la clase jueves, 22 de septiembre de 2016 jueves, 13 de octubre de 2016 jueves, 03 de noviembre de 2016 Definidos por el profesor. Todas las clases en las que no haya quiz. Nota laboratorio (NL) Evaluación Valor porcentual Prácticas que incluye 1. Determinación gravimétrica de sulfatos en cemento y de hierro en una muestra problema Sesión en la que se realizará Informes de laboratorio completo (total informes 3) 30% 2. Análisis de cloruros, Curvas de titulación ácido-base y Soluciones amortiguadoras Definidos por el profesor. 3. Determinación del contenido de Hipoclorito sódico en un producto comercial y el contenido de yodo Análisis químico y laboratorio Página 6 de 8
en un antiséptico bucal y Demanda química de oxígeno Trabajo en el laboratorio 20% Todas Todas Cuaderno de laboratorio 20% Todas Todas Actividades de comprobación de 30% Al empezar la clase Todas preparación previa Nota final laboratorio 100% Nota final (NF) La nota final (NF) se calcula de la siguiente manera: NF = 0.7*NT + 0.3*NL Bibliografía D. A Skoog, D.M. West, F. J. Holler, S.R. Crouch, Fundamentos de Química Analítica, Octava edición, Thomson. 2004 R.A. Day, A.L. Underwood, Química analítica cuantitativa, 5ta edición, Prentice Hall. Daniel Harris. Quantitative Chemical Analysis. Octava edición. Rubinson, Rubinson. Química Analítica Contemporánea. Pearson Educación, 1ra. edición, 2000. Harvey David. Química analítica moderna. Análisis químico y laboratorio Página 7 de 8
APENDICE: PRÁCTICAS DE LABORATORIO 1. Introducción al laboratorio de análisis químico 2. Determinación gravimétrica de sulfatos en cemento y de hierro en una muestra problema 3. Determinación de ácido acetil salicílico en aspirina y determinación de la acidez en un vino 4. Análisis de cloruros 5. Curvas de titulación ácido-base 6. Soluciones amortiguadoras 7. Determinación de carbonatos y bicarbonatos 8. Determinación del contenido de Ca y Mg en una muestra problema 9. Determinación de nitrógeno total en muestra de harina de leguminosas y/o cereales por el método de Kjeldahl 10. Determinación del contenido de Hipoclorito sódico en un producto comercial y el contenido de yodo en un antiséptico bucal 11. Demanda química de oxígeno Análisis químico y laboratorio Página 8 de 8