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.
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