GUÍA DE ESTUDIO DE LA ASIGNATURA: Fundamentoss Químicos de la Ingeniería Fundamento
Curso 2016 – 2017 Grados en: INGENIERÍA MECÁNICA Y TECNOLOGÍAS INDUSTRIALES
Fundamentos Químicos de la Ingeniería
ÍNDICE DE CONTENIDOS 1.- Plan de trabajo 2.- Orientaciones para el estudio de los contenidos
3 6
2.1.-Orientaciones 2.1.-Ori entaciones concretas para para el estudio. Programa de la asignatura
7
2.2.- Introducci Introducción ón a los temas 2.2.1.- Primer bloque
14
2.2.2.- Segundo bloque
16
2.2.3.- Tercer bloque
17
2.3.- Resultados R esultados del aprendizaje
19
2.4.-Contextualización
20
3.-Orientaciones para la realización de actividades
20
3.1.-Orientaciones sobre las Pruebas de EC
21
3.2.- Prácticas de laboratorio
21
3.3.- Informe del profesor tutor
22
3.4. Pruebas Presenciales
22
3.5.- Evaluación final
22
4.- Equipo docente
23
1.- PLAN DE TRABAJO Los contenidos del programa de la asignatura se encuentran totalmente desarrollados en las Unidades Didácticas “Química Aplicada a la Ingeniería” editadas por la UNED y son el texto base de estudio de la misma. Los estudiantes de esta asignatura, generalmente comienzan sus estudios en la Universidad y quizá no están acostumbrados al manejo de varios textos para realizar el estudio, es por esto por lo que en las Unidades Didácticas se ha ajustado el contenido, la extensión y profundidad en las mismas a los temas del programa que se va a exigir en las diferentes pruebas: pruebas de evaluación a distancia y exámenes finales. Por tanto, las Unidades Didácticas son autosuficientes para superar la asignatura. El programa de la asignatura se ha estructurado en 21 temas que se distribuyen en tres bloques temáticos atendiendo al objeto de esta disciplina dentro del Plan de Estudios: •
El átomo, Enlace Químico,Termodinámica, Cinética, Equilibrio químico, Electroquímica
•
Química inorgánica industrial
•
Química orgánica industrial
Al planificar los contenidos del curso se ha buscado un equilibrio, por una parte, entre la profundización en el estudio de los principales conceptos básicos de química, que en gran medida deben ser conocidos por los alumnos de etapas docentes anteriores, y, por otra, la exposición de una serie de temas de carácter tecnológico relativos al conocimiento de las propiedades y aplicaciones de los productos químicos y materiales relacionados, de interés industrial. Para conseguir los objetivos propuestos en el estudio de esta asignatura, se precisan los siguientes apartados: Aprender los contenidos teóricos recogidos en el libro de texto. •
La resolución de las Pruebas de Evaluación a Distancia. (PED) o (PEC)
•
La lectura de artículos relacionados con los contenidos del programa.
El visionado y comentario propio del material audiovisual incorporado en el curso virtual de la asignatura. •
•
La búsqueda de información adicional a través de internet.
•
La realización obligatoria de prácticas de laboratorio.
Para facilitar la superación de la asignatura es conveniente planificar el estudio desde el principio. El diagrama siguiente muestra un cronograma que marca unas pautas adecuadas para que el alumno que comience el estudio desde el principio del curso pueda alcanzar los objetivos al final del mismo.
Los créditos asignados a esta asignatura son 6 ECTS (créditos europeos) distribuidos en 4,5 ECTS (teóricos) + 1,5 ECTS (prácticos). Considerando que cada crédito ECTS corresponde a unas 25 horas de trabajo del estudiante y que se cuenta con unas 15 semanas se precisan unas 150 horas de estudio: 6 ECTS x 25 horas/ECTS = 150 horas de estudio distribuidas en las distintas partes del programa: 1ª Parte: 1,5 ECTS teóricos + 0,5 ECTS prácticos = 2 ECTS x 25 horas/ECTS = 60 horas 2ª parte: 1,5 ECTS teóricos + 0,5 ECTS prácticos = 2 ECTS x 25 horas/ECTS = 50 horas
3ª parte: 1,5 ECTS teóricos + 0,5 ECTS prácticos = 2 ECTS x 25 horas/ECTS = 40 horas En el diagrama de tiempos se representan en azul los contenidos del primer bloque temático (Principios de Química), en morado el segundo (Química Inorgánica Industrial), y en verde el tercer bloque (Química Orgánica Industrial) En la distribución de horas, que es solo una estimación, se ha tenido en cuenta el tiempo dedicado al estudio teórico y a la resolución de problemas, aunque cada estudiante lleva su propio ritmo de aprendizaje y es conveniente por tanto dedicarle un tiem po a personalizarlo de acuerdo con su situación personal. También se indica la programación de tareas para la evaluación continua. Abreviaturas: AE: Ejercicio de Autoevaluación: EJERCICIO NO EVALUABLE PEC: Prueba de Evaluación Continua . Son Pruebas Personales EVALUABLES
MES
OCTUBRE
SEMANA
1
2
3
3
1ª A.E
NOVIEMBRE 4
5
6
7
7
2º A.E.
DICIEMBRE 8
9
10
11
12
13
1º PEC
ENERO 13
14
15
16
17
1 Y 2
E D S A S C O I A I P I M I M C U E T N I Q R P
.
4 5 6
8 Y 9
A C A I S N C I Á A M M I G E U R T Q O N I A C I N Á G R O A C I M I U Q
10 11 12
14 15
S A M E T
16 17 Y 18 17 Y 20
2º PEC 21
2.- ORIENTACIONES PARA EL ESTUDIO DE LOS CONTENIDOS Los contenidos de la asignatura se encuentran totalmente desarrollados en el libro base “ Química Aplicada a la Ingeniería” ISBN: 84-362-6092-2. UNED. Segunda edición, 2010 , del que son autores los profesores del departamento de Química Aplicada a la Ingeniería Mª José Caselles Pomares, Mª Rosa Gómez Antón, Mariano Molero Meneses y Jesús Sardá Hoyo. Este libro puede adquirirse en las librerías de los Centros Asociados o en la librería de la UNED en Madrid, C/ Bravo Murillo, 38
Los contenidos del libro, Unidades Didácticas (UUDD) se distribuyen en los siguientes temas: PARTE 1ª:
PRINCIPIOS DE QUÍMICA Tema 1.- El átomo
mecano-cuántico Tema 2.- Enlace químico Tema 3.- Disoluciones: propiedades coligativas Tema 4.- Cinética y equilibrio químico Tema 5.- Equilibrios en disolución acuosa Tema 6.- Termodinámica química Tema 7.- Electroquímica PARTE 2ª: QUÍMICA INORGÁNICA DE INTERÉS INDUSTRIAL
Tema 8.- El
hidrógeno Tema 9.- Elementos no metálicos de los grupos VII A y VI A Tema 10.Elementos no metálicos de los grupos V A y IVAA Tema 11.- Elementos semimetales de los grupos IV A y III A Tema 12.- Metales: procesos metalúrgicos. Metales representativos Tema 13.- Metales de transición. Corrosión metálica PARTE 3ª:
QUÍMICA ORGÁNICA DE INTERÉS INDUSTRIAL Tema 14.-
Principios de química orgánica Tema 15.- Recursos naturales en la industria de la química orgánica Tema 16.- Hidrocarburos Tema 17.- Derivados halogenados Tema 18.- Compuestos oxigenados Tema 19.- Compuestos con nitrógeno Tema 20.- Compuestos con azufre. Compuestos con silicio PARTE 4ª:
INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA QUÍMICA
Tema 21.- Conceptos básicos de ingeniería química. Fundamentos Químicos de la Ingeniería.
A partir de estas Unidades Didácticas, Vd. adecuará los contenidos al programa de la asignatura
2.1.- Orientaciones concretas para el est udio A continuación se resumen los epígrafes y subepígrafes para cada tema sobre los que debe centrar su estudio, ya que son los contenidos reales del programa de la asignatura y suponen la base para la preparación de las Pruebas de Evaluación a Distancia y de los Exámenes (Pruebas Presenciales) en este curso. Cuando no se indican subepígrafes se debe estudiar el epígrafe completo y cuando se indica solo leer indica que debe leerse para información y conocimiento.
Les recomendamos que inicien un repaso de los conocimientos básicos que se requieren para poder superar la asignatura con el siguiente TEMA DE REPASO . Curso 0 de Química de la UNED. Ver en Internet este curso OCW: http://ocw.innova.uned.es/ocwuniversia/biologia/quimicas
PROGRAMA DE LA ASIGNATURA Curso 2016-2017 1ª PARTE: PRINCIPIOS DE QUÍMICA Tema 1. - El ÁTOMO MECANO-CUÁNTICO 1.9.- Configuración electrónica y Tabla Periódica 1.10.- Propiedades periódicas
Tema 2.- ENLACE QUÍMICO 2.1.- Concepto de enlace y teoría de Lewis 2.2.- Enlace iónico 2.3.- Enlace covalente 2.3.1.- Características del enlace covalente 2.3.2.- Enlace covalente y estructura molecular 2.4.- Enlace metálico:
Tema 3.- DISOLUCIONES: PROPIEDADES COLIGATIVAS 3.1.- Tipos de disoluciones y formas de expresar su concentración 3.2.- Solubilidad. Soluciones saturadas 3.3.- Factores que afectan a la solubilidad 3.4.- Propiedades coligativas 3.5.- Propiedades coligativas de las disoluciones iónicas.
Tema 4.- CINÉTICA Y EQUILIBRIO QUÍMICO 4.1.- Velocidad de reacción 4.2.- Influencia de la concentración. Leyes de velocidad y orden de reacción. 4.3.- Modelos de la cinética química. 4.4.- Factores que influyen en la velocidad de reacción 4.5.- Mecanismos de reacción 4.6.- Concepto de Equilibrio Químico 4.7.-La Constante de Equilibrio 4.8.- Predicción de la dirección de una reacción. Cociente de reacción 4.9.- Factores que afectan al equilibrio Químico. Principio de Le Chatelier.
Tema 5.- EQUILIBRIOS EN DISOLUCIÓN ACUOSA 5.1.- Equilibrios ácido - base 5.2.- Equilibrios de solubilidad
Tema 6.- TERMODINÁMICA QUÍMICA 6.3.- Calor de reacción 6.4.- Entalpía y variación de entalpía 6.5.- Ecuaciones termoquímicas 6.7.- Ley de Hess 6.8.- Entalpía estándar de formación 6.9.- Procesos espontáneos 6.10.- Entropía y 2ª ley de la termodinámica 6.11.- Entropía estándar y 3ª ley de la termodinámica 6.12.- Energía libre y espontaneidad de una reacción 6.13.- Energía libre y temperatura. Energía libre estándar 6.14.- Energía libre de Gibbs y constante de equilibrio
Tema 7.- ELECTROQUÍMICA 7.1.- Reacciones de oxidación-reducción 7.2.- Pilas galvánicas 7.3.- Fuerza electromotriz de una pila 7.4.- Potenciales estándar 7.5-Constante de equilibrio y Fuerza electromotriz (fem) 7.6.- Efecto de la concentración sobre la fuerza electromotriz 7.7.- Celdas voltaicas comerciales 7.8.- Celdas electrolíticas
2ª PARTE: QUÍMICA INORGÁNICA DE INTERÉS INDUSTRIAL Tema 8.- EL HIDRÓGENO 8.5.- Síntesis industrial del hidrógeno 8.5.1.- Reformado del gas natural y de la s “Naftas” (solo leer) 8.5.2.- Gasificación del carbón con vapor de agua (solo leer) 8.5.4.- Electrolisis industrial del agua 8.7.- El hidrógeno como vector energético 8.9.- El Agua (Solo leer) 8.10.-Tratamientos del agua para consumo humano y para usos industriales. 8.10.2.- Dureza de un agua 8.10.3.- Métodos de ablandamiento de aguas para usos industriales
Tema 9.- ELEMENTOS NO METÁLICOS DE LOS GRUPOS VIIA Y VI A 9.2.- Fuentes preparación y propiedades de los halógenos (solo el Flúor) 9.3.- Síntesis industrial del cloro 9.4.- El cloro en la industria: Aplicaciones 9.6.- Ácido clorhídrico: Síntesis y aplicaciones industriales 9.9.- El oxígeno: Métodos de obtención y aplicaciones 9.14.- Ácido sulfúrico: Síntesis industrial 9.15.- Propiedades y aplicaciones del ácido sulfúrico
Tema 10.- ELEMENTOS NO METÁLICOS DE LOS GRUPOS VA Y IVA 10.3.- Síntesis industrial del nitrógeno: Licuefacción-destilación del aire 10.4.- Aplicaciones del nitrógeno (solo leer) 10.5.- El amoniaco: Estructura. Síntesis y aplicaciones industriales 10.7.- Ácido nítrico: Síntesis y aplicaciones industriales 10.8.-Fósforo: métodos de obtención. Propiedades y aplicaciones 10.9.- Óxidos,y oxiácidos y oxisales del fósforo 10.13.- Ácido carbónico. Carbonatos y bicarbonatos: síntesis y aplicaciones industriales
Tema 11.- ELEMENTOS SEMIMETALES DE LOS GRUPOS IVA Y IIIA 11.3.- El silicio. Métodos de síntesis y aplicaciones 11.4.- Dióxido de silicio 11.6.- Vidrios 11.7.- Materiales cerámicos y refractarios
Tema 12.- METALES: PROCESOS METALÚRGICOS. METALES REPRESENTATIVOS 12.1.- Clasificación de los metales en el Sistema Periódico (solo leer) 12.3.- Metalurgia. Procesos de obtención de los m etales 12.7.- Compuestos de sodio y de potasio de interés industrial (solo leer) 12.9.- Fuentes. Métodos de obtención y aplicaciones de los metales alcalinotérreos (solo metalurgia del magnesio) 12.10.- Compuestos de magnesio y de calcio de interés industrial (solo leer) 12.11.- Materiales de construcción 12.13.- El aluminio 12.14.- Compuestos de aluminio de interés industrial 12.16.- El Plomo. Síntesis propiedades y aplicaciones 12.17.- Compuestos de plomo de interés industrial
Tema 13.- METALES DE TRANSICIÓN. CORROSIÓN METÁLICA 13.6.-El Hierro y sus compuestos 13.7- Cobre. Fuentes y métodos de obtención. Propiedades y aplicaciones. Compuestos de interés industrial. 13.8.- Cinc. Fuentes y métodos de obtención. Propiedades y aplicaciones. Compuestos de interés industrial. 13.9.-Definición y tipos de corrosión 13.10.- Corrosión seca o gaseosa 13.11.-Corrosión electroquímica. Bases de la corrosión electroquímica. 13.12.- Termodinámica de la corrosión 13.13.- Cinética de la corrosión 13.14.- Tipos de corrosión electroquímica 13.16.- Prevención y control de la corrosión
3ª PARTE: QUÍMICA ORGÁNICA DE INTERES INDUSTRIAL
Tema 14.- PRINCIPIOS DE QUÍMICA ORGÁNICA 14.1.-Introducción (solo leer) 14.2.-El átomo de carbono 14.8.-Clasificación de las reacciones orgánicas 14.9.-Principales funciones orgánicas (saber representarlas) 14.10.- Fenómeno de isomería
Tema 15.- RECURSOS NATURALES EN LA INDUSTRIA DE LA QUÍMICA ORGÁNICA 15.1.- Recursos naturales 15.2.- El carbón 15.2.2.- Origen del carbón 15.2.4- Estructura 15.2.5.- Tipos de carbón 15.2.6.- Clasificación de los carbones 15.2.7.- Conversión del carbón. Carboquímica 15.2.7.1.- Pirolisis 15.2.7.3.- Hidrogenación 15.2.7.4.- Gasificación 15.2.8.- Aplicaciones del gas de síntesis 15.3.- El petróleo 15.4.- Gas natural 15.4.2.- Tratamientos previos 15.4.3.- Utilización del gas natural 15.4.4.- Procesos de conversión. Reformado con vapor 15.5.- Pizarras y arenas bituminosas (solo leer) 15.6.- Biomasa 15.6.4.1.- Bioalcohol 15.6.4.2.- Biodiesel Tema 16.- HIDROCARBUROS 16.1 Introducción 16.2 Parafinas o alcanos 16.3 Olefinas o alquenos 16.4 Acetilénicos o alquinos 16.5 Naftenos 16.6 Aromáticos 16.8 Reactividad de las parafinas (solo leer las definiciones de los subapartados 16.8.1 a 16.8.5) 16.9 Reactividad de las olefinas 16.9.1.- Reacciones de alquilación (solo leer los subapartados ) 16.9.2.- Reacciones de polimerización 16.12.- Parafinas de mayor interés industrial (solo leer los subapartados) 16.12.1.-Metano 16.12.2.-Etano 16.12.3.-Propano 16.12.4.-Éter de petróleo 16.12.5.-Nafta 16.12.6.-Aceites de parafina 16.12.7.-Parafina 16.12.8.-Gasolina
16.12.9.-Gasóleo 16.12.10.-Lubricantes . 16.13.- Olefinas de mayor interés 16.13.1.-Etileno 16.13.2.-Propileno 16.13.3.-Butenos 16.13.4.-Butadieno 16.13.5.-Isopreno 16.13.6.-Plásticos poliolefinas 16.13.7.-Cauchos poliolefínicos 16.14 Acetilénicos de mayor interés 16.16 Aromáticos de mayor interés (solo leer los subapartádos)) 16.16.1 . Benceno 16.16.2.-Tolueno 16.16.3.- Xilenos 16.16.6.- Naftaleno
Tema 17.- DERIVADOS HALOGENADOS 17.1.- Introducción 17.2.- Halogenuros de alquilo (solo leer 17.2.5 y 17.2.6) 17.3.- Halogenuros de arilo. Halogenuros de vinilo 17.3.6.- Productos de interés industrial 17.3.6.2.- Cloruro de vinilo 17.3.6.4.- Cloropreno 17.3.6.5.- Tetrafluoretileno 17.3.7.- Polímeros halogenados
Tema 18.- COMPUESTOS OXIGENADOS 18.0.- Introducción:Figura 18.1 (pág. 621) 18.1.- Alcoholes 18.1.1.- Introducción 18.1.6.- Productos de interés industrial 18.1.6.1.- Metanol 18.1.6.2.- Etanol 18.1.6.4.- Etilenglicol 18.1.6.5.- Glicerina 18.2.- Fenoles 18.2.5.- Productos de interés industrial (solo leer) 18.2.5.1.- Fenol 18.2.5.3.- Bisfenol A 18.2.6.- Resinas fenólicas 18.3.- Éteres 18.3.1- Introducción 18.3.4.- Productos de interés industrial (solo leer) 18.4.- Epóxidos 18.4.1.- Introducción 18.4.4.- Productos de interés industrial 18.4.4.1.- Óxido de etileno 18.4.5.- Resinas epoxi 18.5.- Compuestos carbonílicos 18.5.1.- Introducción 18.5.4.-Métodos de obtención (solo leer) 18.5.4.1.a.- Metanal (formaldehido) 18.5.4.1.b.- poli(óxido de metileno)
18.5.4.1.c.- Acetaldehido (etanal) 18.5.4.1.d.- Benzaldehido 18.5.4.2.a.- Acetona 18.5.4.2.b.- Ciclohexanona 18.6.- Ácidos carboxílicos 18.6.1.- Introducción 18.6.4.- Compuestos de mayor interés industrial (solo leer) 18.6.4.1.- Ácido fórmico 18.6.4.2.- Ácido acético 18.6.4.3.- Ácido butírico 18.6.4.4.- Ácido acrílico 18.6.4.5.- Ácidos grasos 18.6.4.6 a18.6.4.9.- Acidos dicarboxílicos 18.7.- Esteres 18.7.1.- Ésteres naturales 18.7.2.- Ésteres sintéticos. Poliésteres 18.8.- Jabones
Tema 19.- COMPUESTOS CON NITRÓGENO 19.1 Nitrocompuestos 19.1.5 Compuestos de interés industrial (solo leer) 19.1.5.1.- Nitrometano 18.1.5.2.- Nitroetano 18.1.5.3.- 2-nitropropano 18.1.5.4.- Nitroglicerina 18.1.5.5.- Trinitrofenol 18.1.5.6.- Dinitrotolueno 18.1.5.7.- Trinitrotolueno 18.1.5.8.- Nitrocelulosa 19.2 Aminas 19.2.1.-Introducción (solo leer) 19.2.4.2.- Síntesis industrial 19.3.3 Amidas (solo leer) 19.3.4 Amidas de interés industrial 19.3.4.1.- Acrilamida 19.3.4.2.- Urea 19.3.5 Polímeros nitrogenados(solo leer) 19.3.5.1 poli(arcrilamida) 19.3.5.2 Poliamidas de síntesis 19.3.5.2.1.-Nylon 19.3.5.2.2.-, Perlón 19.3.5.2.3.- Kevlar y Nomex 19.3.5.3 Amino resinas 19.3.5.5.1.- Poli(uretanos) 19.3.6 Nitrilos (solo leer) 19.3.6.1.- Acrilonitrilo 19.3.7 Materiales compuestos de matriz orgánica 19.3.7.1 .-Introducción 19.3.7.2.- Tipos de matrices 19.3.7.3.- Tipos de refuerzos 19.3.7.4.- Estructuras sándwich
Tema 20.- COMPUESTOS CON AZUFRE. COMPUESTOS CON SILICIO
20.1.- Compuestos con azufre 20.1.1.-Acidos sulfónicos (solo leer) 20.1.3.- Detergentes (solo leer) 20.1.3.1.- Fenómeno de detergencia (solo leer) 20.2..- Compuestos con silicio 20.2.1.- Introducción 20.2.2.-Tipos de compuestos ( solo leer) 20.2.3.- Siliconas 4ª PARTE: INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA QUÍMICA Tema 21.- PRINCIPIOS BÁSICOS DE INGENIERÍA QUÍMICA 20.4- Balance de materia (Completo)
2.2.- Introducción a los temas 2.2.1. Primer bloque de la asignatura El primer bloque temático consta de siete temas.y está dedicado al estudio de los “Principios de Química “ ya conocidos por el estudiante en cursos de Química preuniversitarios. En el tema 1 se revisan las bases de la estructura atómica y molecular de la materia. A partir de la configuración electrónica de un átomo, que describe cómo se distribuyen los electrones en sus orbitales, se podrá comprender mejor la relación entre la posición de un determinado elemento en la tabla periódica y sus propiedades, como consecuencia de su configuración, asi como comprender la capacidad de un determinado átomo para unirse consigo mismo o con otro diferente. El tema 2 se dedica al estudio del enl ace q uím ic o que surge como consecuencia de una fuerza de atracción entre átomos y según la naturaleza de las fuerzas de atracción, los enlaces presentan dos tipos distintos: uno de ellos se forma en la reacción de metal y un no metal por transferencia de electrones, formando iones.. La atracción electrostática que mantiene unidos los dos iones con carga opuesta se denomina enlace iónico . El otro tipo de enlace es el denominado covalente y surge cuando los átomos que intervienen en el enlace (generalmente elementos no metálicos) comparten electrones de valencia. .En el tema 3 se profundiza en el estudio de las disoluciones y de sus prop iedades coligativas , que son las propiedades físicas de las disoluciones que d ependen sólo de la concentración de solu to, como son, la disminución de la presión de vapor, el aumento del punto de ebullición, el descenso del punto de congelación y la presión osmótica. Además se verá cómo algunas de estas propiedades se pueden utilizar como métodos para la determinación de pesos moleculares. También se estudian las pro piedades coligativas de las soluciones iónicas. En el tema 4 se estudian las reacciones químicas desde un punto de vista cinético para comprender mejor los contenidos de la segunda parte de este tema sobre los principios generales del equilibrio químico. La evolución de una reacción a lo largo del tiempo y los mecanismos por los que transcurre, así como los distintos factores que afectan a la velocidad de la reacción, como la concentración de los reactivos, la temperatura o la presencia de catalizadores son el núcleo central de este tema. Se estudia también, la relación entre la constante de velocidad y la temperatura, definida por la ecuación de Arrhenius y en la que aparece un parámetro muy importante que es la energía de activación. A continuación se describen las características del estado de equilibrio destacándose sus dos propiedades más importantes,
dinamismo y reversibilidad, estudiándose también la forma cuantitativa de expresarlo. En la última parte de este tema se estudia la influencia que sobre el estado de equilibrio tienen los factores externos, según el principio de Le Chatelier. Estos conocimientos permitirán por un lado comprender el funcionamiento de los sistemas químicos a nivel cualitativo y por otro, calcular cuantitativamente las concentraciones de reactivos y productos en el equilibrio.
En el tema 5 se aplican las leyes del equilibrio químico a reacciones que tiene lugar en disolución acuosa: equilibrios ácido-base y reacciones de precipitación. Se estudian las constantes de equilibrio K a y Kb para ácidos y bases débiles y el comportamiento en la hidrólisis de las sales en función de la naturaleza de los iones que generan en disolución. Completa el estudio con la presentación de las soluciones amortiguadoras. En cuanto a las reacciones de precipitación se determina la constante de equilibrio entre un compuesto sólido y sus iones en disolución, denominado producto de solubilidad K ps, pudiendo determinarse a través de la solubilidad del sólido, afectada por la temperatura, el efecto ión común, el pH y la formación de iones complejos En el tema 6 se estudian las reacciones químicas desde un punto de vista energético. Se comienza con la definición de algunos términos básicos en el lenguaje de la termodinámica y se estudia el primer principio de la termodinámica aplicado a los cambios de energía que se producen en las reacciones químicas. Para expresar el calor intercambiado por un sistema en un proceso a presión constante se utiliza la función termodinámica entalpía (H) y dado que la entalpía es una función de estado se aplica la ley de Hess para obtener la entalpía de una reacción global a partir de la suma de todas las entalpías de las reacciones parciales. El objetivo de la segunda parte del tema es establecer un criterio que nos permita conocer cuando una reacción se va a verificar o no de forma espontánea ya que el primer principio no permite conocer la dirección en la que se va producir un proceso. Se introducen dos nuevas funciones termodinámicas, entropía (S) y energía libre de Gibbs (G) y se verá cómo el criterio de espontaneidad de una reacción se basa en el signo de la variación de la energía libre ( ΔG) que depende de las variaciones de entalpía y entropía de la reacción. Finalmente se verá que en condiciones estándar, la constante de equilibrio se puede calcular a partir de ΔGº. El tema 7 de este bloque se dedica a la electroquímica que es la parte de la química que estudia la interconversión entre energía química y energía eléctrica. Se tratan los dos tipos de procesos electroquímicos: las pilas galvánicas y la electrolisis. En las pilas galvánicas se hace uso de una reacción química espontánea de oxidación reducción para generar una corriente eléctrica y en un proceso electrolítico, que es el proceso inverso, es posible utilizar energía eléctrica para llevar a cabo reacciones redox no espontáneas. Se define fuerza electromotriz y potenciales estándar y se establece la ecuación de Nernst para relacionar el potencial de una célula con la concentración de sus componentes. La ecuación de Nernst permite calcular también constantes de equilibrio para reacciones de oxidación reducción. Las aplicaciones prácticas de las pilas galvánicas y de los procesos electrolíticos se estudian en la última parte del tema.
2.2.2. Segundo bloque de la asignatura El tema 8 se dedica al estudio del hidrógeno y se analiza con un breve estudio la síntesis industrial del mismo a partir de sus fuentes naturales, como el agua, el carbón y los hidrocarburos. Se dedica una parte al estudio del hidrógeno como fuente de energía de “contaminación cero”, y se finaliza el tema con un apartado dedicando al tratamiento de aguas, tanto para consumo humano como para usos industriales. El tema 9 está dedicado al estudio de los elementos no metálicos de los grupos VII A y VI A del Sistema Periódico. En cuanto a los halógenos, se dan aquí a conocer sus propiedades y características generales en estado elemental y sus fuentes de obtención, tanto de estos elementos como de sus compuestos derivados más importantes desde el punto de vista industrial. Con el oxigeno se inicia el estudio de los elementos del grupo VI A .Se resalta su importancia y abundancia en la naturaleza y las numerosas aplicaciones industriales que tiene formando parte de una gran variedad de compuestos de indudable interés industrial. En cuanto al azufre se estudia su estado natural y los derivados y aplicaciones de mayor demanda en la industria química. El tema 10 aborda en primer lugar el estudio de los elementos no metálicos del grupo VA, denominado como familia del nitrógeno . Dicho estudio se centra principalmente en el nitrógeno y en el fósforo, así como en sus compuestos derivados con mayor importancia industrial, ya que el resto de los elementos presentan un carácter semimetálico o incluso claramente metálico. Continua el tema con el tratamiento del grupo IV A o familia del carbono. Dado que este elemento es el único que se puede considerar como no metal , se aborda únicamente el estudio del ácido carbónico y sus sales sódicas dado su indudable interés para la industria. En la parte tercera del programa, se estudia en mayor extensión este elemento por ser la base de la Química Orgánica. El tema 11 se dedica al estudio de las propiedades más destacadas de los elementos semimetálicos del grupo IV A . En este tema se pone de manifiesto la importancia de la sílice en la naturaleza, sus fuentes y métodos de obtención, y las principales aplicaciones del Silicio como semiconductor intrínseco y extrínseco. También se estudian una serie de materiales derivados ampliamente utilizados como son los vidrios, los materiales cerámicos y refractarios que utilizan como materia prima la sílice. Una introducción al estudio de los metales más representativos de los procesos metalúrgicos en general, se lleva a cabo en el tema 12, donde se dan a conocer los principios básicos de los procesos metalúrgicos para la obtención de los metales a partir de sus fuentes naturales o menas. Se incluyen también en este tema las síntesis y las principales aplicaciones del magnesio y del calcio, así como sus principales compuestos de interés industrial que constituyen las materias primas para la fabricación del materiales de construcción, como la cal, el cemento y el yeso. Por ultimo, este tema inicia una breve introducción de la metalurgia del aluminio y las aplicaciones más importantes de sus compuestos derivados, junto con el estudio del plomo y sus compuestos.
Finaliza este bloque temático de descriptiva inorgánica , con el tema 13, que presenta un breve el estudio del hierro, como elemento representativo de los metales de transición. Se incluyen en él tanto los procesos metalúrgicos de obtención como los diferentes métodos de fabricación de aceros, sus propiedades y aplicaciones. Se dedica la última parte del tema al estudio de uno de los temas con mayor repercusión económica en la industria como es la corrosión, describiéndose los fundamentos cinéticos y termodinámicos de este fenómeno, haciendo especial mención a los diferentes tipos y métodos para su prevención y control.
2.2.3. Tercer bloque de la asignatura El tercer bloque temático consta de siete capítulos y está dedicado al estudio de los compuestos industriales de carácter orgánico y a los recursos de los que estos proceden. Se inicia el bloque (tema 14) con el estudio del átomo de carbono y de las distintas hibridaciones de sus orbitales que son las responsables de los tipos de enlaces covalentes (sencillo, doble y triple) del átomo de carbono con los que se enlaza a si mismo y a otros elementos. La incorporación al carbono – fundamentalmente - de elementos como el hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre, silicio y fósforo, dan lugar a la formación de los denominados gru po s fu ncio nales o rgánicos , de características y propiedades específicas. El fen ómen o de iso m ería en Química Orgánica es un hecho importante a considerar. Los elementos integrantes de un compuesto orgánico se pueden enlazar de maneras diferentes no solo entre ellos, sino que también pueden hacerlo a través de los diferentes tipos de enlaces mencionados anteriormente. Este hecho es la causa del gran número de compuestos orgánicos conocidos – y algunos todavía por conocer - y en consecuencia, para caracterizar un compuesto orgánico no es suficiente determinar su fórmula molecular, ya que esta puede ser com ún a diferentes compuestos con propiedades y características muy distintas, sino que es necesario determinar la funcionalidad del compuesto y la ordenación de los elementos en la molécula expresados en la fórmula desarrollada del mismo. El tema 15 es de gran interés, ya que presenta los recursos naturales que han dado origen en su transformación al desarrollo de la química orgánica industrial. Con la descripción de estos recursos : recurs os fósiles (carbón, gas natural y petróleo) y recursos renovables (biomasa), se pasa a estudiar en profundidad la c arb oq u ím ic a – conjunto de procesos químicos industriales responsables del inicio de la química orgánica industrial a partir del carbón –seguido de la pe tr o q uím ic a - conjunto de procesos químicos industriales conducentes a la obtención de los productos orgánicos de interés industrial,a partir del petróleo o del gas natural. Para finalizar el capítulo se estudian los diferentes tipos de biomasa y los procesos aplicados para la transformación en compuestos orgánicos demandados por la sociedad. A partir de este momento, se presentan secuencialmente en base a su estructura química funcional los diferentes tipos de compuestos orgánicos. Así el tema 16 se dedica al estudio de los hidrocarburos: de cadena abierta (alifáticos) alcanos, alquenos y alquinos, ali c íc li c o s y aro m átic os . Todos ellos pueden considerarse la base, los pilares sobre la que se asientan los demás compuestos orgánicos funcionalizados. Se estudian las reacciones de polimerización de olefinas y alquenos, conducentes a las materias de gran interés industrial: los materiales polímeros base de los plásticos y de los cauchos.
Con el tema 17 se inicia el estudio de los compuestos orgánicos con heteroátomos (elementos diferentes al C e H) . En este caso son los derivados halogenados – mono y polihalogenados. De ellos se destacan los que presentan mayor interés industrial y se comentan las aplicaciones más notables de ellos. El tema 18 es uno de los capítulos de mayor extensión de este bloque , comparable con la que presenta el tema 15. Se dedica al estudio de los compuestos oxigenados, tanto con enlace sencillo C-O (alcoholes, glicoles, éteres y epóxidos) como con enlace doble C=O (aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, esteres, lactonas). Todos ellos en estructuras alifáticas, alicíclicas y aromáticas. Es importante relacionar que los compuestos oxigenados provienen de distinto grado de oxidación de los hidrocarburos correspondientes:
Hidrocarburo (R-C-H)
oxigeno
oxigeno
Alcoho l(.R-C-OH) Carbonilo ( R – C=O) oxígeno
ácido carboxílico ( R – C = O ) y sus derivados (esteres, amidas, etc) .
OH Una vez conocida la estructura de esta amplia gama de compuestos oxigenados orgánicos, se presentan aquellos de mayor aplicación e interés económico, mostrando los métodos de obtención industrial y los recursos de los que proceden. Los compuestos nitrogenados ( tema 19) tienen un tratamiento similar a los compuestos oxigenados. Se estudian los compuestos con enlace sencillo C-N, compuestos tan diferentes como (aminas, nitrocompuestos, amidas, uretanos, lactamas), con doble enlace C=N (imidas) y con triple enlace (nitrilos), tanto en estructuras alifáticas, alicíclicas como aromáticas. Se describen los compuestos nitrogenados de mayor interés industrial Finalmente, en el tema 20 se presentan los compuestos con azufre o con silicio, estudiándose de la misma manera que los compuestos anteriores : estructura, tipos, productos de mayor interés y método de obtención industrial. . Los productos de gran consumo e incidencia en la economía, como son los materiales polímeros (plásticos y cauchos), detergentes, combustibles (gasolinas y gasóleos), se estudian ampliamente en el capítulo correspondiente al grupo funcional que presentan cada uno de ellos. Finaliza la asignatura con una breve presentación de los Principios básicos de la Ingeniería Química en el tema 21. Sus contenidos representan una aproximación esquematizada del trabajo real desarrollado en la industria química, incidiendo fundamentalmente en los balances de materia y energía del proceso y los sistemas que lo constituyen.
2. 3.- Resultados del aprendizaje Una vez finalizado el estudio de la asignatura, el estudiante habrá adquirido unos conocimientos que le permitirán desarrollar unas habilidades y destrezas para el futuro, tanto en sus actividades académicas como profesionales, tales como:
Desarrollar habilidades en los fundamentos del equilibrio químico y en los cálculos de los distintos sistemas de equilibrio, ácido-base, precipitación y redox. •
Comprender y aplicar los principios básicos de la Ingeniería Química: balances de materia, equilibrio químico y velocidad de reacción. •
Describir y clasificar los recursos naturales de los que proceden los productos industriales de carácter inorgánico y sus procesos de producción •
Describir y clasificar los recursos naturales de los que proceden los productos industriales de carácter orgánico de primera generación y las transformaciones a que son sometidos para obtener tanto productos intermedios como productos finales de interés y aplicación industrial. •
2.4.-Contextualización Esta asignatura es de carácter básico y se imparte en el primer semestre del 1er curso de los grados en Ingeniería Mecánica e Ingeniería en Tecnologías Industriales,. Su conocimiento supone un gran apoyo en el momento de comprender otras materias del Plan de Estudios tales como: Fundamentos de Ciencia de los Materiales I y II, Termodinámica, Elasticidad y Resistencia de Materiales, Oficina Técnica, Proyectos e Ingeniería del Medio Ambiente.
3.- ORIENTACIONES PARA LA REALIZACIÓN DE LAS ACTIVIDADES El curso virtual será la herramienta de comunicación entre los profesores de la Sede Central, los profesores tutores y los estudiantes. La resolución de las PECs ( Pruebas de Evaluación Continua), representan un trabajo personal obligatorio en el sistema de evaluación continua para los estudiantes que deseen acogerse a esta opción, y serán corregidas y evaluadas por los profesores tutores. La puntuación otorgada por el tutor para cada PEC, se sumará a la calificación obtenida en la Prueba Presencial, siempre que se obtenga en ésta como mínimo cuatro puntos. Aquellos estudiantes que no opten por la opción de “evaluación continua”, no tendrán que realizar las PEC`s (aunque se recomiendan su resolución para fijar conocimientos) . La calificación que obtengan en el examen coincidirá con la calificación final. Los ejercicios de autoevaluación (AE) programados, son de autocomprobación personal del conocimiento y no son evaluables, pero son un material adicional importante para chequear el grado de progreso en el estudio de la asignatura. Se propondrán dos a lo largo del curso, y después de un tiempo suficiente para su resolución se activarán las soluciones en el curso virtual.
3.1 Orientaciones sobre las Pruebas de Evaluación Continua. Las Pruebas de Evaluación Continua (PEC) constituyen un material didáctico de gran utilidad para el estudiante ya que mediante su resolución se consigue por un lado, que compruebe el grado de conocimiento adquirido con el estudio de los temas, se f amiliarice con la resolución del tipo de cuestiones y problemas propuestos en las Pruebas Presenciales, y si ha optado por la Evaluación Continua, su calificación le sumará en la nota final, siempre y cuando aquella sea de cuatro puntos o superior,.
Se propondrán dos PEC sobre los contenidos estudiados hasta la fecha propuesta según el cronograma propuesto. Una vez resueltas deberán enviarse a través del icono TAREAS del curso virtual para su evaluación por el profesor tutor. La fecha de entrega se indicará en el curso virtual cuando se active la PEC. Posteriormente, las soluciones a las PEC estarán disponibles en el curso virtual una vez finalizado el plazo de entrega para facilitar la autoevaluación del estudiante. La puntuación otorgada por el Profesor Tutor para cada PEC contribuirá a la calificación f inal con 0,25 puntos cada una como máximo. Si alguna PEC no se realizara, la nota de dicha PEC será de cero puntos.
3.2 Prácticas de laboratorio Las prácticas de laboratorio son OBLIGATORIAS para todos los alumnos y por tanto la realización y superación de las mismas es condición imprescindible para aprobar la asignatura, por lo que sin dicho requisito no se incluirá al estudiante en Actas. Las prácticas de laboratorio se realizarán en los diferentes Centros Asociados y están º programadas por los tutores encargados de las mismas, con el Vº B de los profesores del equipo docente de la Sede Central . De manera que debe po nerse en co ntacto, lo antes pos ible con el Centro As ociado d ond e se ha matricu lado con el fin de conoc er la fecha de realización de las m i s m a s .
El aprobado en prácticas tiene validez por tiempo indefinido, de manera que una vez realizadas y superadas en un determinado curso académico no tienen que volver a realizarse en cursos posteriores. Si las prácticas de laboratorio realizadas en años anteriores corresponden a asignaturas de la UNED diferentes a la de Fundamentos Químicos de la Ingeniería, deberá solicitar convalidación de las m ismas, comunicando al equipo docente de la Sede Central : • •
lugar y fecha de realización asignatura a la que corresponden
Los estudiantes que procedan de otros Centros Universitarios y que deseen convalidar las prácticas, deberán presentar un certificado en el que conste el aprobado en prácticas, que deberá estar emitido en el papel timbrado del Centro Universitario donde se hayan realizado y firmado por el profesor responsable de las prácticas. Así mismo, deberán adjuntar una relación de las prácticas realizadas. Los estudiantes con el título de Ingeniero Técnico Industrial, están exentos de la realización de las prácticas de laboratorio
3.3 Informes del Profesor Tutor El informe elaborado para cada alumno por el Profesor Tutor del centro Asociado será tenido en cuenta en su evaluación final. El Profesor Tutor de la asignatura evaluará para la elaboración de su informe, la asistencia y participación del estudiante en las tutorías, tanto presenciales como telemáticas, el grado de interés mostrado y la asimilación de los contenidos . Su aportación máxima a la calificación final será 0,50 puntos.
3.4 Pruebas Presenciales Las Pruebas Presenciales son los exámenes de la asignatura. Esta asignatura al ser cuatrimestral del primer cuatrimestre sólo tendrá una prueba personal en febrero. Si no se supera la asignatura en esta convocatoria habrá otro examen extraordinario en la convocatoria de septiembre. Las pruebas personales constarán de tres partes: 1.
Un problema numérico con varios apartados.
Su calificación será de 3,5 puntos
2. Cinco cuestiones de aspectos conceptuales o prácticos de la asignatura. Se valorará la capacidad del alumno para identificar, sintetizar y aplicar conceptos. . La calificación de las mismas será de 5,0 puntos 3.-Un tema del programa a desarrollar. Se valorará la capacidad del alumno para sintetizar la parte importante del tema. La calificación será de 1,5 puntos
En las Pruebas presenciales no se permite la utilización de ningún material auxiliar a excepción de una calculadora no programable. La duración del examen será de dos horas. La fecha y hora del examen deberá consultarla en el calendario escolar y para conocer el lugar donde se realizará el examen deberá ponerse en contacto con su Centro Asociado. La revisión de exámenes se hará de acuerdo a las normas de la UNED y del Departamento
3.5 Evaluación final La calificación final de la asignatura se determinará considerando: Calificación final = Calificación PP + Calificación PEC + Calificación IT Siendo: Calificación PP = Calificación obtenida en la Prueba Presencial Calificación PEC = Suma de las calificaciones conseguida en las PEC Calificación IT = Calificación del Informe del Tutor
4. - EQUIPO DOCENTE DE LA SEDE CENTRAL el equipo docente está formado por: Jesús Sarda Hoyo
[email protected] Tlfno: 91-3988225 Horario de atención personal y telefónica: miercoles de 16 a 20 h. En la Sede Central Mediante el correo electrónico, se atienden las consultas en cualquier momento
Dirección postal: Nombre del profesor Dpto de Química Aplicada a la Ingeniería E.T.S de Ingenieros Industriales. UNED C/Juan del Rosal 12 28040 MADRID Fax del Departamento: 913986043