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Juntos Hacemos Más Por la Universidad! UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS DE LA EDUCACIÓN LICENCIATURA EN CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL IDENTIFICACIÓN Nombre de la asignatura Código de la asignatura Programa Académico Intensidad horaria semanal Créditos académicos Requisitos Departamento oferente Tipo FISICOQUIMICA CN 311 Lic. En Ciencias Naturales y Educación Ambiental Docencia Directa: 3 hr Trabajo Independiente:6 hr Teoría y 2 hs Practica. 4 CN 301 Ciencias Naturales y Medio Ambiente Teórica - Práctica PRESENTACIÓN La Fisicoquímica se puede describir como un conjunto de métodos claramente cuantitativos elaborados para estudiar los problemas químicos. Debido a que los problemas con los que se enfrenta la fisicoquímica son diversos y con frecuencia complejos, requiere de enfoques diferentes. Por ejemplo, en el estudio de la Termodinámica y la rapidez de las reacciones químicas empleamos un método macroscópico fenomenológico para explicar los mecanismos de reacciones se necesita un enfoque molecular. JUSTIFICACIÓN • • • El estudiante de Licenciatura en Ciencias Naturales y Educación Ambiental ha cursado hasta ahora un número de asignaturas específicas relacionadas con los aspectos físicos y químicos de la permiten calcular las cantidades de cada uno de los elementos constituyentes, etc... Si hacemos un resumen de lo que se ha estudiado podemos decir que se ha llegado a una situación en la que conocemos la estructura, composición y nomenclatura de los compuestos químicos. Se hace necesario complementar el cuerpo conceptual del manejo de la materia como son los estados (sólido, líquido y materia, apropiarse de una gama de conceptos que tienen que ver con la estructura y composición de las sustancias químicas) y sus relaciones con la energía, las leyes de la Termodinámica, las llamadas propiedades coligativas, presión atmosférica, difusión, tensión superficial, termodinámica, velocidad de reacciones, etc... Estos temas mencionados en líneas muy generales son el estudio de la fisicoquímica. El propósito del estudio de la fisicoquímica es conocerlas leyes de la física y de la química, predecir y controlar los fenómenos químicos. Al principio esta rama de la ciencia se desarrollo con cierta independencia pero en el siglo XIX se encontró que los descubrimientos hechos en la física tenían importante aplicación en la química y fue entonces como surgió la necesidad de establecer un campo que relacionara la aplicación de las leyes físicas y los fenómenos químicos. Campus Universitario – Sede Sabanas Bloque G cienciasnaturales@unicesar.edu.co Colombia Tel: 5850223 Ext. 1123 Valledupar Cesar www.unicesar.edu.co Juntos Hacemos Más Por la Universidad! • La fisicoquímica emerge como una rama de la ciencia en la parte final del siglo XIX se apoya ampliamente en la experimentación cuyos métodos y técnicas desempeñan papel importante, en la apropiación de conocimientos. OBJETIVOS GENERALES - Describir los conceptos fundamentales de la fisicoquímica como la identificación de los cambios físicos y químicos y la energía requerida para ello, que pueden presentarse en sistemas compuestos por una o mas sustancias químicas. - Determinar el número de fases presentes en un sistema, calcular los intercambios de energía que ocurren en las transformaciones, identificar y cuantificar los fenómenos fisicoquímicos que se presentan en la superficie interfacial. Cuantificar los cambios en la composición química del sistema como una función del tiempo. OBJETIVOS ESPECIFICOS • • • • • • • • • • • Describir las principales propiedades de los líquidos. Identificar el proceso de evaporación, demostrar el efecto de la temperatura sobre la presión de vapor de un líquido. Determinar la estructura cristalina en los sólidos, los diferentes sistemas cristalinos, clasificar los diferentes sólidos. Determinar la ley de la velocidad de una reacción química, diferenciar entre una reacción de primer orden y una de segundo orden. Analizar los factores que influyen en la velocidad de una reacción. Proponer mecanismos de reacción posibles para el desarrollo de una reacción química. Establecer una ecuación termodinámica, establecer el valor de calor necesario para una reacción, al igual de formación de enlaces. Aplicar la Ley de Hess y la entalpía de formación. Diferenciar un sistema aislado, cerrado, abierto, propiedades de un sistema, función de estado, energía, entalpía, entropía, la primera y segunda ley de la termodinámica. Propiedades termodinámicas que son afectadas al realizar procesos de disolución. Reconoce los diferentes diagramas de equilibrio de fases, explicar cada una de las zonas que componen el diagrama de fases. COMPETENCIAS GENERALES Considerando que el desarrollo de competencias busca equilibrar ”el saber qué”, “el saber cómo hacer” y “el saber ser”, el curso de Fisicoquímica debe facilitar en los estudiantes las siguientes competencias: 1. En el Saber. Mediante el desarrollo de este tipo de Competencias, se pretende formar un individuo que: Comprende que la ciencia es un proceso dinámico que tiene lugar en la mente y que es una consecuencia directa de una forma particular de pensar. Campus Universitario – Sede Sabanas Bloque G cienciasnaturales@unicesar.edu.co Colombia Tel: 5850223 Ext. 1123 Valledupar Cesar www.unicesar.edu.co Juntos Hacemos Más Por la Universidad! Analice el método científico no como un proceso rígido único de las ciencias, sino como un método particular, flexible a ser usado en cada caso por la pregunta que debe ser contestada Describe las principales propiedades de los líquidos. Identifique el proceso de evaporación, demostrar el efecto de la temperatura sobre la presión de vapor de un líquido. Determine la estructura cristalina en los sólidos, los diferentes sistemas cristalinos, clasificar los diferentes sólidos. Determine la ley de la velocidad de una reacción química, diferenciar entre una reacción de primer orden y una de segundo orden. Analice los factores que influyen en la velocidad de una reacción. Proponer mecanismos de reacción posibles para el desarrollo de una reacción química. Establezca una ecuación termodinámica, establecer el valor de calor necesario para una reacción, al igual de formación de enlaces. Aplique la Ley de Hess y la entalpía de formación. Diferencie un sistema aislado, cerrado, abierto, propiedades de un sistema, función de estado, energía, entalpía, entropía, la primera y segunda ley de la termodinámica. Reconoce los diferentes diagramas de equilibrio de fases, explicar cada una de las zonas que componen el diagrama de fases. 2. En El Saber Hacer. Mediante el desarrollo de este tipo de Competencias, se pretende formar un individuo que: Explique procesos en los que participan la materia y la energía Establezca diferencias entre descripción, explicación y evidencia, reconociendo la importancia de estos conceptos en la ciencia. Establezca diferencias entre modelos, teorías, leyes e hipótesis. Formula explicaciones posibles con base en el conocimiento cotidiano, teorías y modelos científicos para contestar preguntas. ESTRATEGIAS METODOLÓGICAS En el desarrollo del curso se tendrán presente las siguientes estrategias metodológicas que coadyuven con la consecución de los objetivos trazados Estrategias generales: 1. De acompañamiento directo al estudiante: Exposición magistral. Desarrollo de talleres o ejercicios de aplicación. Desarrollo de técnicas de trabajo grupal. Asesoría directa a los estudiantes. Lectura e interpretación dirigida de textos de referencia bibliográfica. 2. De trabajo independiente del estudiante: de problemas propuestos en forma individual o grupal. Investigación, organización de información, análisis de temas específicos. Solución Campus Universitario – Sede Sabanas Bloque G cienciasnaturales@unicesar.edu.co Colombia Tel: 5850223 Ext. 1123 Valledupar Cesar www.unicesar.edu.co Juntos Hacemos Más Por la Universidad! Consultas a través de internet. Estrategias especificas: 1. Para cada capítulo el alumno realizará la lectura y análisis previo de la teoría correspondiente. Las lecturas serán las correspondientes a cada capítulo del texto guía y deberán ser complementada con otros textos y conocimientos previos que traigan los alumnos. 2. Basados en la lectura previa el alumno traerá sus inquietudes a la clase donde serán discutidas y resueltas por parte de los compañeros y el profesor. 3. Con lo comprendido en la lectura y la discusión en clase el alumno realizará una ficha de lectura (según concertación de la evaluación). En ningún caso se busca transcribir conceptos de manera literal. 4. Estudio y análisis en clase de las Leyes y Teorías correspondientes a cada capítulo: el profesor explicará en clase magistral y con la ayuda de gráficos las Leyes y Teorías correspondientes a cada capítulo. Para lograr una mejor comprensión es indispensable la colaboración de los alumnos realizando una lectura previa concienzuda para traer las inquietudes generadas por ella a la clase. 5. Solución de ejercicios tipo por parte del profesor. El profesor resolverá algunos ejercicios típicos de cada tema como orientación y guía para la solución de los talleres, comenzando por los más sencillos para aumentar progresivamente el grado de dificultad a medida que se comprendan los temas y la metodología, que conlleven a desarrollar las habilidades necesarias en los alumnos para que sean capaces de enfrentarse a cualquier problema. 6. Solución de problemas por parte del profesor con ayuda de los alumnos: se realizarán algunos ejercicios conjuntamente entre alumnos y profesor buscando desarrollar las habilidades mencionadas anteriormente. 7. Solución de problemas por parte del alumno con guía el profesor: se destinará al menos una clase para taller, en éste los alumnos realizarán ejercicios en grupos con la guía del profesor, dado que el desarrollo de las habilidades solo se consigue trabajando directamente. 8. Realización de talleres por parte del alumno fuera de clase: la fisicoquímica requiere de mucha dedicación y estudio permanente, por ello, es indispensable dedicar tiempo fuera de ella para resolver problemas para lograr buenos resultados. Las inquietudes serán atendidas en clase o fuera de ellas de acuerdo a las necesidades y posibilidades. CONTENIDO UNIDAD I: CONCEPTOS BÁSICOS DE LA FISICOQUÍMICA Campus Universitario – Sede Sabanas Bloque G cienciasnaturales@unicesar.edu.co Colombia Tel: 5850223 Ext. 1123 Valledupar Cesar www.unicesar.edu.co Juntos Hacemos Más Por la Universidad! COMPETENCIAS: - Define términos fundamentales para el estudio de la Fisicoquímica - Diferencia propiedades intensivas de extensivas y cita ejemplos. - Calcula energías de enlaces y las compara con la entalpia. EJES TEMATICOS: 1.1 Definición de Fisicoquímica, Termoquímica, Termodinámica. 1.2 Temperatura y ley cero, 1.3 Funciones extensivas e intensivas, 1.4 Definición de isotérmico, 1.5 Definición de adiabático, 1.6 Energía de enlace, actividad del enlace UNIDAD II: LÍQUIDOS COMPETENCIAS: - Describe las principales propiedades de los líquidos - Establece relaciones entre presión de vapor y punto de ebullición de los líquidos. - Analiza la importancia de los líquidos para el desarrollo de los procesos fisicoquímicos. EJES TEMATICOS: 2.1Teoría Cinética molecular de los líquidos. 2.2Presión de vapor 2.3Tensión superficial y viscosidad 2.4Curvas de calentamiento y enfriamiento UNIDAD III: SÓLIDOS COMPETENCIAS: - Caracteriza las diferentes formas de cristalización y sus implicaciones. - Establece los factores que afectan los procesos de formación de cristales. EJES TEMATICOS 3.1 Clasificación de sólidos, estructura cristalina. 3.2 Sistema cristalino y cúbico. 3.3 Conductores, resistencia eléctrica. 3.4 Materiales conductores, semiconductores y aislantes. 3.5 Dureza Campus Universitario – Sede Sabanas Bloque G cienciasnaturales@unicesar.edu.co Colombia Tel: 5850223 Ext. 1123 Valledupar Cesar www.unicesar.edu.co Juntos Hacemos Más Por la Universidad! 3.6 Cristalogenesis, polimorfismo, isomorfismo. 3.7 Factores que afectan la cristalización UNIDAD IV: CINÉTICA QUÍMICA COMPETENCIAS: - Determina los factores que afectan la velocidad de una reacción química - Analiza la implicación de la energía de activación en la ocurrencia de una reacción química - Establece la importancia de la acción de los catalizadores en las diferentes reacciones químicas. EJES TEMATICOS 4.1 Velocidad de reacción y determinación de la ley de velocidad de Rx 4.2 Relación entre concentración de reactivos y el tiempo. 4.3 Mecanismo de reacción 4.4 Teoría del Estado de Transición 4.5 Efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción 4.6 Catalizadores. UNIDAD V. TERMOQUIMICA COMPETENCIAS - Aplica la ley de Hess a semireacciones químicas sencillas. - Calcula calores de reacción a diferentes reacciones químicas. EJES TEMATICOS 5.1. Planos de referencia en sistemas químicos 5.2. Calores de formación 5.3. Calores de combustión 5.4. Ley de HESS 5.5. Calores de reacción 5.6. Dependencia de la entalpía de la temperatura UNIDAD VI. PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA COMPETENCIAS: - Calcula cambios de energía interna y entalpia a diferentes procesos. - Reconoce y aplica las leyes de la termodinámica a diversos procesos fisicoquímicos EJES TEMATICOS 3.1. Energía Campus Universitario – Sede Sabanas Bloque G cienciasnaturales@unicesar.edu.co Colombia Tel: 5850223 Ext. 1123 Valledupar Cesar www.unicesar.edu.co Juntos Hacemos Más Por la Universidad! 3.2. Trabajo 3.3. Calor 3.4. Primera ley de la termodinámica 3.5. Procesos reversibles y no reversibles 3.6. Entalpia 3.7. Cálculos de Q, W, cambios de energía interna y entalpia en procesos físicos y químicos UNIDAD VII. SEGUNDA Y TERCERA LEY DE LA TERMODINAMICA COMPETENCIAS: - Determina la espontaneidad de un proceso químico - Reconoce y aplica las leyes de la termodinámica a diversos procesos fisicoquímicos EJES TEMATICOS: 7.1 Procesos espontáneos y no espontáneos 7.2. Ciclo de CARNOT 7.3. Segunda ley de la termodinámica 7.4. Cambios de entropía en procesos físico 7.5 Entropía y desorden molecular 7.6. Calculo de entropía absoluta 7.7. Cambios de entropía en reacciones químicas UNIDAD VIII. FUNCIONES DE ENERGIA LIBRE COMPETENCIAS: - Determina la energía libre de Gibbs de diferentes procesos ficoquimicos. - Determina la temperatura a la cual un proceso se hace espontaneo. EJES TEMATICOS: 8.1 Energía libre de GIBBS 8.2. Energía libre de HELMHOLTZ 8.3. Cambios de energía libre en procesos físicos y químicos UNIDAD IX: DISOLUCIONES IDEALES Y NO IDEALES COMPETENCIAS: - Aplica los factores termodinámicos a soluciones ideales y a soluciones reales. - Determina el peso molecular de un soluto a partir del descenso en el punto de congelación del Campus Universitario – Sede Sabanas Bloque G cienciasnaturales@unicesar.edu.co Colombia Tel: 5850223 Ext. 1123 Valledupar Cesar www.unicesar.edu.co Juntos Hacemos Más Por la Universidad! solvente en una solución. EJES TEMATICOS 9.1Composición de las disoluciones 9.2Determinación de magnitudes de concentración: M, m,N,% 9.3Propiedades termodinámicas de las soluciones ideales. 9.4 Propiedades coligativas UNIDAD X: EQUILIBRIO DE FASES EN SISTEMAS DE UN COMPONENTE Y EN SISTEMAS MULTICOMPONENTES. COMPETENCIAS: - Aplica la regla de fases para equilibrio de fases de sistemas multicomponentes. - Explica, interpreta y reconoce los diferentes diagramas de fases de sistemas unicomponente, binario y ternario. EJES TEMATICOS 10.1 Regla de fases 10.2 Equilibrio de fases para un sistema unicomponente 10.3 Ecuación de Clapeyron 10.4 Diagrama de fases para sistemas de dos componentes: Equilibrio líquido- vapor " " " " " " - líquido " " " " sólido- líquido " " " 10.5 Estructura de diagrama de fases. UNIDAD XI: QUÍMICA DE SUPERFICIES. COMPETENCIAS: - Aplica las propiedades de los coloide y otros materiales útiles en los procesos fisicoquímicos EJES TEMATICOS 11.1 La interfase 11.2 Termodinámica de superficies. 11.3 Coloide EVALUACIÓN La gestión universitaria está enmarcada por la evaluación continua de sus procesos y es integral, coherente, flexible e interpretativa. La evaluación del desempeño de los estudiantes es un proceso permanente que valora el desarrollo de las competencias y los compromisos adquiridos en cada asignatura. Se tienen en cuenta tres tipos de evaluación del aprendizaje de los estudiantes: la de desempeño, Campus Universitario – Sede Sabanas Bloque G cienciasnaturales@unicesar.edu.co Colombia Tel: 5850223 Ext. 1123 Valledupar Cesar www.unicesar.edu.co Juntos Hacemos Más Por la Universidad! para valorar la calidad del trabajo realizado por el estudiante durante el proceso y el cumplimiento de las responsabilidades asumidas, la de producto que permite observar los elementos tangibles elaborados en el proceso y la cuantitativa que son la expresión tangible de los resultados de las pruebas académicas. El semestre se encuentra dividido en tres cortes con porcentajes de 30%, 30% y 40%, respectivamente. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS - LEVINE. Ira. Fisicoquímica. Ed. Mc Graw Hill. España. 1996. - KLOTZ. I.M. Y ROSEMBERG, R.M. Chemical Termodynamic. 1986 - CASTELLAN, Gilbert . Fisicoquimica. Editorial Iberoamericana. 1990 - SEGURA, José. Termodinámica técnica. Editorial Reverté. 1992 - GRAVET, Irving. Termodinámica. Grupo editorial iberoamericana. 1993 - MORTIMER, Charles. Química. Grupo Editorial Iberoamericana. 1994 - CHANG, Raymond. Fisicoquímica. Tercera edición. Ed. Mc Graw Hill.2008 Campus Universitario – Sede Sabanas Bloque G cienciasnaturales@unicesar.edu.co Colombia Tel: 5850223 Ext. 1123 Valledupar Cesar www.unicesar.edu.co
