Epistemologia didáctica de la química (página 7)

8.8 Reactivo límite

8.9 Rendimiento teórico y eficiencia
de la reacción

8.10 Problema en que intervienen
gases 

PROGRAMA DE: LABORATORIO DE
QUIMICA GENERAL 
CODIGO:   116050M

PRERREQUISITOS: 116016M 
Química General

1. OBJETIVO
GENERALES 

• 1. Enseñar mediante la selección
  de prácticas de laboratorio y su discusión, el
  manejo y utilización de los materiales e instrumentos
  de medida mas comúnmente empleados en un laboratorio
  de Química. Hacer énfasis en el método
  científico y el trabajo experimental a nivel
  básico.

• 2. Inculcar hábitos tales como: limpieza
  y orden en el sitio de trabajo, buen manejo y mantenimiento
  apropiado de materiales y equipos de medida y correcto
  seguimiento de las normas de seguridad.

2. RELACIÓN DE
PRACTICAS 

• Manejo de material y normas de seguridad

• Interpretación probabilística de los
  orbitales atómicos

• Preparación de soluciones acuosas de
  diferentes concentraciones

• Funciones y sus representaciones. Medidas de
  densidades

• Determinación de la estequiometria de una
  reacción química por
  análisis    
   gravimétrico

• Determinación del peso molecular de un
  líquido fácilmente vaporizable

• Enlaces químicos

PROGRAMA DEL
CURSO: QUÍMICA GENERAL   
 CÓDIGO:    116016M

OFRECIDO A: Ingenierías
(química, agrícola, alimentos, ),
Biología. 

INTRODUCCIÓN

Este curso ha sido diseñado para satisfacer las
necesidades de aquellos programas académicos que
consideran la química como una herramienta importante en
su estructura curricular y que exigen a sus estudiantes  un
curso de química de un semestre académico. En este
curso se presentan los conceptos y simbología sobre los
cuales descansa la química, mostrando cómo esos
conceptos explican los cambios químicos y cómo esa
simbología (o idioma químico) facilita su
compresión.  A pesar de ser éste un curso
general dirigido a estudiantes de primer año de carrera
universitaria, se conserva durante su desarrollo la objetividad y
el rigor científico, propios de las carreras de
ingenierías y ciencias.  Este curso se recomienda a
los estudiantes de los programas de ingenierías,
tecnología de alimentos y Biología.

En este curso se presenta una visión general de
los fundamentos de la química y abarca todo el espectro de
la química, desde átomos hasta la cinética
química, con un grado de profundidad en química
mayor que el contenido en el curso de química fundamental
(116002M), ofrecido también por el Departamento de
Química.

El curso consta de los siguientes tópicos:
(Materia-energía-teoría atómica de Dalton)
estequiometria Estructura atómica enlace químico
termodinámica fuerzas intermoleculares Cinética
química. Las soluciones, el equilibrio de fases, el
equilibrio químico y el equilibrio electroquímico
se han considerado parte de la termodinámica. Los estados
de agregación de la materia se incluyen dentro de
tópico fuerzas intermoleculares y en alguna
extensión en la unidad de termodinámica. El
profesor a cargo del curso puede cambiar el orden de los temas y
la intensidad horaria sugerida a cada temática,  pero
debe conservar el nivel académico del curso, el contenido
general y la duración semestral (64 horas).

CONTENIDO

UNIDAD I: MATERIA Y
ENERGÍA

Objetivos: Presentar los conceptos de materia,
energía, carga eléctrica, átomo y
molécula.

Contenido: Propiedades físicas y
químicas, sustancia pura, mezcla, elemento y compuesto.
Diferencia entre energía y materia. Unidades de
energía. Teoría atómica de Dalton. Conceptos
de carga eléctrica, Ion. Masas atómicas. Pesos
moleculares. Cantidad de sustancia.  Masa molar.

UNIDAD 2:
ESTEQUIOMETRÍA.

Objetivo: Presentar los fundamentos de  la
estequiometria

Contenido:  Sistema Internacional de
unidades. Incertidumbre en la medición. Cifras
significativas. Ley de la conservación de la materia.
Ecuaciones químicas. Relaciones de masa en las ecuaciones
químicas. Reactivos limitantes. Fórmulas
empíricas y moleculares. 

UNIDAD 3: ESTRUCTURA ATÓMICA.

Objetivos: Describir cualitativamente la
estructura atómica según la mecánica
cuántica.

Contenido: Primeros modelos atómicos.
Modelos de Thomson, Rutherford, Bohr. Estructura del átomo
según la mecánica cuántica: función
de estado, funciones de onda y niveles de energía,
orbitales. Configuración electrónica de los
elementos. La tabla periódica. 

UNIDAD 4: MOLÉCULAS Y ENLACE
QUÍMICO

Objetivos: Describir  del enlace
químico, la forma de las moléculas y las
principales teorías del enlace
químico.      

Contenido: Energía de ionización y
afinidad electrónica, enlace iónico,

Enlace covalente, estructuras de Lewis, geometría
de las moléculas, teoría de las repulsiones
electrónicas, teoría del enlace de valencia,
teoría del orbital molecular, teoría de bandas para
sólidos. 

UNIDAD 5: TERMODINÁMICA

Objetivos: Estudiar las leyes de la
termodinámica aplicadas a cambios de estado en sistemas de
una fase, a transiciones de fase, a reacciones químicas y
al equilibrio químico.

Contenido: Primera ley de la
termodinámica, entalpía. La segunda ley de la
termodinámica. Energía libre. El potencial
químico. El potencial químico de una sustancia pura
y de un componente en solución. Termodinámica de
los cambios de estado . El potencial químico de un
electrolito y de un ion en solución. Leyes de Raoult. y
Henry. Concepto de actividad y coeficiente de actividad. Cambios
en las propiedades termodinámicas normales en una
reacción química. Grado de avance de una
reacción.  La constante de equilibrio químico.
Expresión de la constante de equilibrio químico.
Cálculos en equilibrios iónicos, Equilibrio
electroquímico.

UNIDAD  6: FUERZAS INTERMOLECULALES, ESTADOS DE
AGREGACIÓN DE LA MATERIA

Objetivos: Describir las fuerzas
intermoleculares, mostrar la relación entre las fuerzas
intermoleculares y los estados sólido, líquido y
gaseoso.     

Contenido: Comparación entre los estados
sólido, líquido y gaseoso.  Leyes de los
gases. Ecuación de estado de un gas. Fuerzas
intermoleculares. Puentes de hidrógeno. Tipos de
cristales.

UNIDAD 7: CINÉTICA
QUÍMICA

Objetivos: Describir las leyes que rigen la
velocidad de los procesos  químicos.

Contenido. Leyes de la rapidez de una
reacción.  Ecuación cinética de la
velocidad de reacción. Ecuaciones integradas de
velocidades de reacción. Influencia de la temperatura en
las velocidades de reacción. Mecanismos.
Aproximación de estado estacionario. Aproximación
de la etapa determinante de la velocidad de reacción.
Catálisis.  Teoría de las colisiones.
Teoría del estado de transición.

PROGRAMA DE: LABORATORIO
DE QUIMICA II-Q  –
CODIGO:   116055M

PRERREQUISITO: Laboratorio Química I
 

1. OBJETIVOS GENERALES 

• 1. Mediante su discusión y la
  ejecución de prácticas de Laboratorio, se
  enseñará el manejo y utilización de los
  materiales e instrumentos de medida mas usuales en un
  laboratorio de Química.

• 2. Se discutirán los fundamentos y se
  desarrollarán métodos experimentales para
  determinar: Calores de Reacción, solubilidades,
  presiones de vapor, velocidades de reacción, 
  desplazamiento de equilibrios químicos y
  técnicas generales de análisis
  volumétrico. En general se busca complementar y
  reforzar los conocimientos adquiridos en el curso
  teórico.

• 3. Durante el desarrollo del curso se
  hará énfasis en la utilización del
  método científico y en la importancia del
  trabajo como parte fundamental de su desarrollo.

• 4. Se crearan hábitos de: limpieza y
  orden en el sitio de trabajo, se enseñara el manejo y
  mantenimiento apropiado de materiales y equipos de medida del
  laboratorio e igualmente se darán a conocer normas de
  seguridad que el estudiante debe seguir en el
  laboratorio. 

2. RELACION DE PRACTICAS 

• 1. Calor de reacción de
  neutralización

• 2. Soluciones ideales Ley de Raoult.

• 3. Propiedades coligativa. Descenso del punto
  de congelación

• 4. Determinación de la constante de
  equilibrio para una reacción
  homogénea

• 5. Ácidos y bases. Valoración de
  disoluciones de HCl y NaOH.

• 6. Celdas electroquímicas

• 7. Seminario sobre contaminación.
  Aplicaciones y uso de los reactivos y compuestos obtenidos.
  Impacto ambienta 

ANEXO V

UNIVERSIDAD NACIONAL DE
COLOMBIA

FACULTAD DE CIENCIAS

DEPARTAMENTO DE
QUÍMICA

QUÍMICA FUNDAMENTAL
I 

Código : 2001162 
    Modalidad : Teórico-
práctica

Intensidad Horaria : 11 h/s

Requisitos:   Ninguno 
    

OBJETIVOS 

Objetivos Generales : 

• Estudio fenomenológico de la reacción
  química desde el punto de vista estequiométrico
  y termodinámico

  Objetivos
Específicos : 

• Dadas las situaciones experimentales en las que
  intervienen sustancias sólidas, líquidas,
  gaseosas y/o soluciones, descritas de preferencia con base en
  operaciones gravimétricas, volumétricas y/o
  calorímetricas, que incluyan una o mas reacciones
  químicas, realizar cálculos
  estequiométricos y termoquímicos
  completos.

• Obtener datos a partir experimentos que involucren
  operaciones básicas de laboratorio, establecer la
  validez de los resultados y proponer conclusiones
  pertinentes.

• Planear y realizar experiencias de laboratorio de
  acuerdo con lo visto en el curso.

CONTENIDO PROGRAMATICO

 MATERIA Y MEDIDAS. Introducción.
Clasificación de la materia, propiedades físicas y
químicas. Separación de mezclas, propiedades de la
materia, cambios físicos y químicos. Unidades de
medida: Balanzas, material volumétrico. Relaciones y
proporciones en número y masa, leyes de
conservación de masa y energía.

• Incertidumbre en las medidas, precisión y
  exactitud, cifras significativas, presentación y
  tratamiento de datos, noción de probabilidad.
  Análisis dimensional. Noción de sistema,
  temperatura, calor, ley cero de la termodinámica,
  termómetros y escala de temperatura..

• ATOMOS, MOLÉCULAS, IONES. Teoría
  atómica de Dalton, pesos atómicos,
  introducción al concepto actual de átomo, tabla
  periódica, configuración electrónica,
  números atómicos, números de masa,
  isótopos. Fórmulas químicas, iones y
  compuestos iónicos, nomenclatura básica de
  iones y compuestos iónicos, ácidos y compuestos
  inorgánicos.

• Concepto de mol, masa molar, determinación de
  fórmulas químicas, ecuaciones químicas.
  Reacciones de combustión, combinación y
  descomposición.

• ESTEQUIOMETRIA. Pesos atómicos y moleculares.
  Información cuantitativa a partir de ecuaciones
  balanceadas. Reactivo limitante y en exceso. Rendimiento de
  la reacción y pureza de las sustancias.

• REACCIONES EN SOLUCION ACUOSA. El agua como
  solvente, propiedades de los solutos en solución,
  electrolitos fuertes y débiles. Ácidos, bases y
  sales. Composición de las soluciones, unidades de
  concentración.

• ESTEQUIOMETRÍA DE SOLUCIONES. Titulaciones.
  Ecuaciones iónicas, reacciones de
  precipitación, guía de solubilidad de
  compuestos iónicos, reacciones ácido-base,
  introducción a las reacciones de
  óxido-reducción y serie de
  actividad.

• GASES. Características de los gases,
  presión, manómetros. Relaciones
  presión-volumen, temperatura-volumen y masa-volumen.
  La ecuación de los gases ideales. Los gases en
  reacciones químicas. Mezclas de gases, presiones
  parciales y fracción molar.

• Teoría cinético molecular.
  Difusión y efusión de gases. Gases reales y
  desviaciones al comportamiento ideal. Química de la
  atmósfera. Estequiometria de gases.

• TERMOQUÍMICA. Energía, unidades de
  energía, energía cinética y potencial,
  calor y trabajo. Medidas eléctricas, manejo de
  multímetro. Primera ley de la termodinámica,
  energía interna.

• Procesos endotérmicos y exotérmicos,
  funciones de estado. Entalpía, entalpías de
  reacción. Calorimetría, capacidad
  calorífica, calor específico,
  calorímetro a presión constante, bomba
  calorimétrica. Ley de Hess, Entalpías de
  formación, cálculo de entalpías de
  reacción.

• ESTRUCTURA ATOMICA. Radiación
  electromagnética, nociones de estructura
  atómica, conceptos básicos de enlace
  químico, configuración electrónica.
  Energías de ionización y afinidad
  electrónica. Metales y no metales.

• Polaridad de enlace y electronegatividad.
  Energías de enlace, estructuras de Lewis, modelo
  VSEPR, forma de las moléculas. Introducción a
  la geometría molecular.

• Comparación a escala molecular de
  sólidos y líquidos. Fuerzas intermoleculares.
  El estado líquido. Modelos de sólidos, celda
  unitaria, estructura del cloruro de sodio, enlace en
  sólidos, sólidos moleculares, covalentes,
  iónicos y metálicos.

• Cambios de fase, entalpía de cambios de fase,
  curvas de calentamiento, calores latentes de fusión y
  vaporización. Presión y temperatura criticas.
  Presión de vapor, volatilidad, punto de
  ebullición y fusión. Diagrama de
  fases.

• Propiedades de las soluciones. El agua. El proceso
  de disolución, otras formas de expresar la
  concentración, molalidad y fracción molar.
  Energía de disolución. Soluciones saturadas y
  sobresaturadas, solubilidad, factores que afectan la
  solubilidad. Propiedades coligativas de las soluciones.
  Determinación de pesos moleculares. Coloides,
  características y propiedades.

METODOLOGIA PARA EL DESARROLLO DE LA
ASIGNATURA : 

Exposición por parte del profesor, lecturas y
consultas por parte del estudiante. Realización de
prácticas de laboratorio y presentación del
correspondiente informe. Discusión en grupo de los
resultados obtenidos.

 QUÍMICA FUNDAMENTAL
II

 Código :
2001163      Modalidad :
Teórico- práctica

Intensidad Horaria : 10 h/s

Requisitos  Química Fundamental I
 Código: 2001162
    

OBJETIVOS 

Objetivos Generales : 

• Continuar con el trabajo para aprehender la
  Reacción Química, como cuerpo conceptual
  fundamental que da sentido y organización a todos los
  cambios que observamos en la naturaleza.

 Objetivos
Específicos: 

• Estudiar las reacciones químicas desde el
  punto de vista de la Termodinámica y la
  Cinética Química .

• Familiarizarse con los cálculos que
  involucran constantes de equilibrio y constantes de velocidad
  .

• Manejar técnicas experimentales para
  investigar reacciones químicas

CONTENIDO PROGRAMATICO

Introducción al curso. Presentación de los
profesores. Instrucciones generales.  Descripción
cinética y termodinámica de los procesos
químicos.  Análisis dimensional: Factores de
conversión y consistencia dimensional de ecuaciones. 
Ecuaciones gráficas. LABORATORIO 1: Tratamiento de datos
experimentales y elaboración de gráficas: Curvas de
calibración y determinación de la
concentración de un colorante en una muestra.

Sistemas y Modelos. Modelos físicos y
matemáticos (determinísticos y aleatorios).
Cinética Química. Introducción.
Definición de velocidad de reacción, velocidad
promedio, velocidad instantánea y velocidad inicial.
Factores que afectan la velocidad de reacción.
Concentración: Ley de velocidad. Orden de
reacción.  LABORATORIO 2: Simulación
hidrodinámica de reacciones químicas.
Obtención de un modelo.  Efecto de la
concentración sobre la velocidad de
reacción.

• Estequiometria y expresión de la ley de
  velocidad.  Expresión de la ley de velocidad para
  reacciones de orden cero, uno y dos.  Tiempo de vida
  media. Métodos experimentales para el estudio de la
  cinética. LABORATORIO 3:  Estudio de la velocidad
  de reacción por el método diferencial.
  Catálisis y Mecanismo de reacción. Sistema:
  H2O2 + 2 I- + 2H+.

• Efecto de la temperatura sobre la velocidad de
  reacción. La constante de velocidad (k).
  Variación de k con la temperatura. Ley de Arrhenius.
  Energía de Activación.  Teoría de
  colisiones. Teoría del complejo activado.
  Introducción a los mecanismos de reacción.
  Tipos de catálisis. LABORATORIO 4: Estudio de la
  velocidad de reacción por los métodos integral
  y diferencial. Sistema: Mg(s) + HCl.

• Termodinámica química. 
  Propiedades termodinámicas, interacciones, estado de
  un sistema, ecuaciones de estado. trabajo
  (expresión generalizada para W), calor, energía
  interna. Primera ley de la termodinámica (en forma
  diferencial). Procesos reversibles e irreversibles.
  Termoquímica. LABORATORIO 5: Taller: Cálculos
  de propiedades termodinámicas para cambios
  físicos y químicos.

• Función entalpía, relaciones
  matemáticas.  Balance de energía
  para  procesos de gases ideales. LABORATORIO 6: Trabajo
  de expansión. Verificación experimental de la
  ley de Hess.

• Lectura: Gases ideales y gases reales. Eficiencia de
  maquinas térmicas. Segunda ley de la
  termodinámica. Procesos espontáneos,
  degradación de la energía, Entropía.
  Entropía y desorden. Desigualdad de Clausius. Sistemas
  abiertos. LABORATORIO 7: Determinación de ?H y ?S en
  algunos procesos físicos y químicos. 
  Examen de laboratorio.

• La entropía como criterio de direccionalidad
  de los procesos químicos. LABORATORIO 8: Taller:
  Reacción química y cálculos
  termodinámicos.

• Energía libre de Gibbs. Definición,
  significado físico, trabajo máximo. Uso de G
  como criterio de direccionalidad.  El potencial
  químico. Potencial químico de sustancias puras
  y de sustancias en mezclas. LABORATORIO 9:
  Determinación de la Kps del Ca(OH)2 y del C5H6O2 y de
  los parámetros termodinámicos ?G°, ?H°
  y ?S°.

• Cambios de fase. Ecuación de Clapeyron.
  Diagramas de fases para sustancias puras. Equilibrios
  sólido – solución. Equilibrio en reacciones
  químicas. Condición de equilibrio
  dinámico. LABORATORIO 10: Equilibrio de fases.
  Sistemas: LIQUIDO ? VAPOR Y  SÓLIDO ?
  SOLUCIÓN.  Preparación de mezclas de
  reacción lab. 10.

• Avance de la reacción. Composición en
  equilibrio. La constante de equilibrio (K) y el cociente de
  reacción (Q). Mínimo de energía libre.
  Cálculo de ?rG. Relación entre ?rG y la
  constante de equilibrio. LABORATORIO 11: Equilibrio
  químico: Keq de la hidrólisis del acetato de
  etilo.

• Factores que afectan el equilibrio químico:
  Principios de Le Chatelier y van"t Hoff. Equilibrios
  iónicos. Electrolitos.  Constante de producto de
  solubilidad. LABORATORIO 12: Electrolitos débiles y
  Fuertes. Indicadores ácido-base. Extracción de
  indicadores ácido-base de flores y de repollo
  rojo.

• Constante de autoprotólisis del agua, KW .
  Definición del pH.   Ácidos fuertes y
  débiles (ka),  bases fuertes y débiles (
  kb ). Reacciones y titulación
  ácido-base.LABORATORIO 13: Titulación
  ácido-base con indicadores. Muestra
  Problema.

• Composición de soluciones de ácidos y
  de bases. Sales, reacciones de hidrólisis. Soluciones
  reguladoras de pH (Buffer). LABORATORIO 14: Titulaciones
  potenciométricas de ácidos fuertes y
  débiles con base fuerte. Determinación de la
  constante de disociación de un ácido
  débil mediante titulación
  potenciométrica.

• Reacciones de oxidación-reducción:
  balanceo de ecuaciones. Celdas electroquímicas.
  Componentes: electrodos, electrolito, puente salino.
  Semi-reacciones y electrodos: convención de
  signos. Leyes de Faraday. LABORATORIO 15: Serie
  electroquímica. Comportamiento del manganeso.
  Titulaciones Redox.  Muestra Problema

• Potencial de celda. Relación entre el
  potencial de celda y el ?G.  Tipos de celdas
  electroquímicas. Potencial estándar.
  Ecuación de Nernst. Variación del potencial con
  la temperatura. Termodinámica de celdas
  electroquímicas. Aplicaciones. LABORATORIO 16:
  Termodinámica de celdas electroquímicas.
  Variación del potencial en función de la
  concentración y la temperatura.

 METODOLOGIA PARA EL DESARROLLO DE LA
ASIGNATURA: 

El curso se desarrolla con base en la discusión
del  material fotocopiado repartido en clase con ayudas
audiovisuales. Se complementa con  algunas demostraciones
experimentales.

ANEXO VI

PROGRAMAS EN
QUÍMICA

DEL INSTITUTO TECNOLÓGICO DE
MASSACHUSETTS

The table below lists subjects taught by the Department
of Chemistry (Course 5). Homepages for the current-term subjects
can be reached by clicking the subject number or name. Units must
be arranged between the student and the supervising instructor
for subjects that have a TBD in the "Units" column. Subjects
offered jointly with another department are indicated with a "J".
Co-requisites, subjects that must be taken at the same time as
the described subject, are indicated in green italics in the
"Pre-requisites" column.

Descriptions of all the subjects can be viewed in the
on-line MIT Course Bulletin, while evaluations provided by
previous-term students can be accessed at the Course Evaluations
website.

La siguiente tabla es la lista de asignaturas
enseñadas por el departamento de química (curso 5).
Las páginas de inicio de cada asignatura pueden ser
observadas haciendo "clic" sobre el número de
código o sobre el nombre de la signatura. Las unidades
pueden ser acordadas entre el estudiante y el instructor –
supervisor para las asignaturas que tienen un TBD en las columnas
de unidades. Las asignaturas ofrecidas conjuntamente con otro
departamento se indican una "J". Los Co- requisitos, asignaturas
pueden ser tomadas al mismo tiempo como lo describe la
asignatura, se indica en cursiva verdes en la columna de
prerrequisitos.

La descripción de todas las asignaturas
pueden ser vista en el boletín de MIT en línea,
mientras que las evaluaciones proporcionadas para el aspirante
pueden ser acezadas en el sitio web del curso de
valuación.