Fonaments Químics de l'Enginyeria

ENGINYERIA INDUSTRIAL
FONAMENTS
QUÍMICS
Guia de l’assignatura
ENGINYERIA INDUSTRIAL
25003 Fonaments Químics de l’Enginyeria. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05
Modificada en data 27/06/08
Modificada en data 4/06/10
1
Crèdits: 7.5 (4.5 teoria + 1.5 problemes + 1.5 pràctiques)
Crèdits ECTS: 6,0
Tipus Troncal
Coordinador: segons semestre
Altres Professors: Jordi Anglada, Glòria Andreu, Margarita Calafell, Pilar Cortés, Concepció
Flaqué, Francesc Torrades, Rosa M.Navarro
Departament: Enginyeria Química
Presentació
Coneixements previs :
Nocions bàsiques de formulació química, igualació de reaccions, tipus de reaccions químiques.
Camps professionals
Com a assignatura de caire científic bàsic, te relacions amb diversos camps professionals (indústria
química, medi ambient, materials, combustibles, etc.)
Relació amb altres assignatures
Aquesta assignatura ha de servir per a proporcionar els coneixement bàsics químics necessaris en
les assignatures següents: Química II, Termodinàmica, Fonaments de Ciència dels Materials,
Tecnologia de Materials, Ciència i Tecnologia del Medi Ambient.
Objectius generals
Els objectius generals es poden agrupar en dos àmbits:
 Objectius relacionats amb els continguts:
1)
Consolidar els coneixements químics que l’alumnat hagi adquirit prèviament.
2)
Introduir nous conceptes químics que donin a l’alumnat una base química uniforme i
comuna necessària per al seguiment d’algunes de les assignatures que posteriorment
cursarà.
 Objectius relacionats amb les capacitats i habilitats:
3)
Relacionar i aplicar els conceptes teòrics tant en la resolució de problemes numèrics,
com en la realització de pràctiques de laboratori.
4)
Proporcionar les eines perquè l’alumnat sigui capaç de buscar informació, de
seleccionar-la, de reflexionar sobre ella creant-se uns criteris i opinions pròpies.
ENGINYERIA INDUSTRIAL
25003 Fonaments Químics de l’Enginyeria. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05
Modificada en data 27/06/08
Modificada en data 4/06/10
2
5)
Reconèixer la química com a ciència experimental i fixar coneixements a partir
d’experimentacions en el laboratori.
6)
Conèixer l‘impacte de la química en el medi ambient i tenir cura de l’entorn.
Temari
Mòdul 1: Estructura i estats de la matèria
1. ESTRUCTURA ATÒMICA. PERIODICITAT DE PROPIETATS ATÒMIQUES. (14h)
Partícules atòmiques. Primers models atòmics. Aplicació de la teoria quàntica de Planck a l’àtom
d’hidrogen. Espectroscòpia atòmica. Ones i partícules: principi de De Broglie. Principi d’incertesa de
Heisenberg. Equació de Schrödinger. Concepte d’orbital. Àtoms polielectrònics. Taula periòdica.
Propietats periòdiques.
2. ESTRUCTURA MOLECULAR DE COMPOSTOS INORGÀNICS I ORGÀNICS. (8h)
2.1.- Tipus i teories de l’enllaç químic. Molècules diatòmiques homonuclears i heteronuclears.
Energia, longitud i polaritat de l’enllaç. Caràcter paramagnètic i diamagnètic.
2.2.- Molècules poliatòmiques. Enllaços dobles i triples. Geometria molecular. Tècniques
espectroscòpiques (UV-visible, IR i absorció atòmica): aplicacions en la determinació experimental
d’estructures moleculars.
3. ESTAT GASÓS. L’ATMOSFERA. (8h)
Propietats físiques dels gasos. Lleis empíriques. Teoria cinètico-molecular i justificació de les lleis.
Velocitats moleculars. Gasos reals: desviacions del comportament ideal. Forces intermoleculars en
els gasos. Equació de Van der Waals. L’atmosfera: Composició. Principals contaminants atmosfèrics.
4. ESTATS LÍQUID I SÒLID. (8h)
Propietats dels líquids (pressió de vapor, viscositat, tensió superficial). Forces intermoleculars en els
líquids. Sòlids amorfs i cristal·lins. Tipus de sòlids: moleculars, iònics, metàl·lics i covalents.
Diagrames de fases.
Mòdul 2: Reactivitat química
5. TERMOQUÍMICA. (10h)
Conceptes fonamentals. Calors de reacció. Primer principi de termodinàmica. Energia interna i
Entalpia. Estats estàndard. Entalpies estàndard de formació. Llei de Hess. Capacitats calorífiques.
Energies d’enllaç. Fonts d’energia. Mètodes instrumentals d’anàlisi tèrmica.
6. PROCESSOS QUÍMICS EN EQUILIBRI. (13h)
Espontaneïtat i equilibri químic. Entropia. Segon principi. Energia lliure de Gibbs. Constant d’equilibri.
Relació entre l’energia lliure de Gibbs i la constant d’equilibri. Factors per a millorar el rendiment d’un
procés químic (principi de Le Châtelier). Efecte de la temperatura en la constant d’equilibri.
7. CINÈTICA QUÍMICA. VELOCITAT I MECANISMES DE REACCIÓ. (10h)
Conceptes bàsics. Velocitat de reacció. Determinació experimental. Llei de velocitat i ordre de
reacció. Equacions diferencials i integrades (reaccions d’ordre 0, 1 i 2). Temps de vida mitja. Factors
que influeixen en la velocitat de reacció. Equació d’Arrhenius. Catalitzadors. Interpretació molecular
(teoria d’Arrhenius i de l’estat de transició). Mecanismes de reacció. Molecularitat.
ENGINYERIA INDUSTRIAL
25003 Fonaments Químics de l’Enginyeria. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05
Modificada en data 27/06/08
Modificada en data 4/06/10
3
8.- BASES D’ENGINYERIA QUÍMICA. (4h)
Conceptes fonamentals d’enginyeria química. Operacions bàsiques, enginyeria de la reacció química i
formes d’operació. Balanços de matèria i energia. Descripció dels principals processos a la indústria
química.
Objectius específics dels mòduls

Mòdul 1: Estructura de la matèria.
Estudi de la constitució de la matèria, des dels àtoms i les molècules fins els diferents tipus de sòlids i
les relacions amb les seves propietats en funció de les forces intermoleculars.
Servirà de base pel següent mòdul sobre reactivitat química. Així mateix representa els fonaments per
l’estudi de ciència dels materials.

Objectius de l’alumne
1) Conèixer la constitució dels àtoms i les seves propietats.
2) Entendre els diferents tipus d’enllaços químics.
3) Comprendre, a partir de l’enllaç químic, la formació de molècules i les seves propietats
4) Relacionar l’estructura de les molècules amb les forces intermoleculars i amb les propietats
de la matèria.
5) Saber descriure els estats de la matèria.
6) Conèixer els fonaments de la ciència dels materials.
7) Saber resoldre problemes d’igualació de reaccions i estequiometria

Mòdul 2: Reactivitat química
Estudiar els aspectes bàsics lligats a les reaccions químiques, com ara les calors de reacció, les
reaccions en equilibri, com millorar el rendiment d’un procés, amb quina velocitat transcorre una
reacció i com modificar-la, a través de quines etapes tenen lloc. Aplicacions a processos químics
industrials
Objectius de l’alumne
1) Aprendre les relacions matèria-energia en les reaccions químiques.
2) Comprendre i saber aplicar el concepte d’equilibri químic, així com els factors que l’afecten.
3) Entendre i saber aplicar els conceptes relacionats amb velocitats i mecanismes de reacció.
4) Planificar com poder millorar la producció i com poder evitar/reduir la formació de productes
nocius relacionats amb la indústria química
Metodologia de treball
L’assignatura s’organitza en:
i) les classes de teoria on es desenvolupen els continguts teòrics i que tenen lloc a l’aula utilitzant
el model expositiu i fent ús de la pissarra, transparències i projecció de material multimèdia.
ii) les classes de problemes on s’apliquen els coneixement teòrics en la resolució d’exemples
pràctics i que tenen lloc a l’aula en grups més reduïts que la classe de teoria.
ENGINYERIA INDUSTRIAL
25003 Fonaments Químics de l’Enginyeria. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05
Modificada en data 27/06/08
Modificada en data 4/06/10
4
iii) les pràctiques de laboratori on l’alumne, en grups reduïts i de forma guiada, pren contacte
amb el laboratori químic, amb la metodologia experimental. També adquireix nocions sobre
seguretat en el laboratori i eliminació de residus.
Paral·lelament es proposarà a l’alumne la realització de qüestions i problemes, així com l’elaboració
d’un informe de pràctiques que haurà de resoldre, consultant bibliografia, als professors, etc, fora de
l’horari lectiu.
Sessions teoria, problemes

3 sessions presencials de teoria/setmana

1 sessió presencial problemes/setmana
Pràctiques, laboratoris
Les pràctiques de l’assignatura de Fonaments de Química tenen com a objectius generals els
següents:
1) Realitzar operacions bàsiques de laboratori químic.
2) Adquirir destreses experimentals.
3) Saber descriure els experiments realitzats.
4) Saber tractar les dades experimentals i treure conclusions.
5) Aprendre a elaborar informes dels treballs experimentals.
6) Conèixer i fer ús de les normes bàsiques de seguretat d’un laboratori i del tractament de
residus.
L’alumnat realitza un total de 6 pràctiques en sessions de 2 h. Les pràctiques són obligatòries i es
realitzen en el laboratori de Química I de l’edifici TR5.

Pràctica 1: Separació i purificació de substàncies.

Pràctica 2: Reaccions químiques.

Pràctica 3: Termoquímica.

Pràctica 4: Constant de dissociació. Valoració àcid-base.

Pràctica 5: Electroquímic.

Pràctica 6: Cinètica de reacció.
ENGINYERIA INDUSTRIAL
25003 Fonaments Químics de l’Enginyeria. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05
Modificada en data 27/06/08
Modificada en data 4/06/10
5
Organització en mòduls i temps de dedicació de l’estudiant
Mòdul
Temps de
Classe
Temps
d’estudi
Temps
total
Mòdul 1: Estructura de la matèria.
38 hores
38 hores
76 hores
Mòdul 2: Reactivitat química
37 hores
37 hores
74 hores
Materials
Bibliografia bàsica
 R. H. Petrucci, W. S. Harwood i F. G. Herring, Química General, Ed, Prentice Hill, 8ª edició
(2003).
Volum 1. Enlace Químico y Estructura de la Materia.
Volum 2. Reactividad Química. Compuestos Inorgánicos y Orgánicos.

K. W. Whitten, R. E. Davis i M. L. Peck, Química General, Ed. McGraw-Hill, 5ª edició
(1998).
 R. Chang. Química, Ed.MCGraw-Hill. 7ª edició, (2003).

C.Flaqué Ll. Puig, P. Cortés i G. Andreu, La química en qüestions i problemas, Edicions
UPC. 6ª edició (2004). QUÍMICA per a l’ENGINYERIA. Ed.UPC (2009)

J. Sales i J. Vilarrasa, Introducció a la nomenclatura química (inorgànica i orgànica), Ed.
Edunsa (1994) Ed.Reverté (2003)

W. Peterson. Formulación y nomenclatura química inorgánica. Ed. Eunibar. 6ª edició
(1996).
Bibliografia complementària

Mòdul 1
 J. Casabó, Estructura atómica y enlace químico, Ed. Reverté,S.A. 2ª edició (1999)
 P. Ander i A. J. Sonnessa, Principios de Química. Introducción a los conceptos teóricos, Ed.
Limusa Noriega (1990).

Mòdul 2
Els de bibliografia bàsica
Avaluació
L’avaluació de l’assignatura seguirà la equació següent:
ENGINYERIA INDUSTRIAL
25003 Fonaments Químics de l’Enginyeria. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05
Modificada en data 27/06/08
Modificada en data 4/06/10
N f = 0,2·N1p + 0,6·Nef + 0,2·Nep.
A on:
Nf : Nota final
N1p : Nota 1r parcial: consisteix en un examen.
Nef : Nota examen final: consisteix en un examen.
Nep : Nota altres activitats: inclou les practiques de laboratori i d’altres activitats.
6