universidad de puerto rico en humacao facultad de ciencias

UNIVERSIDAD DE PUERTO RICO EN HUMACAO
FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
(http://www.uprh.edu/~quimgen)
Preparado y Revisado: Profa. Carmen S. Delgado
PRONTUARIO QUIM 3001
Efectivo desde enero de 2007
I. CURSO: QUÍMICA GENERAL I
II. CODIFICACIÓN: QUIM 3001
III. CO-REQUISITO: QUIM 3003
IV. NÚMERO DE CRÉDITOS PARA EL ESTUDIANTE: Cuatro (4) créditos por semestre
V. NÚMERO DE CRÉDITOS EQUIVALENTES PARA EL PROFESOR: Tres (3) créditos por
semestre
VI. CONFERENCIA: Tres (3) horas de contacto semanales
VII. DURACIÓN DEL CURSO: Un (1) semestre académico
VIII. JUSTIFICACIÓN DEL CURSO:
Es requisito para todos los estudiantes de Ciencias Naturales, Medicina, Tecnología Médica, Farmacia,
Ingeniería Química y Educación con concentración en Química.
IX. DESCRIPCIÓN GENERAL:
Introducción a los conceptos y leyes fundamentales de la Química. Estudio de la Tabla Periódica,
reacciones químicas sencillas, estequiometría, estructura atómica, enlace y calorimetría.
X. OBJETIVOS GENERALES:
Los objetivos fundamentales de la asignatura son:
1.
Discutir los principios fundamentales de Química que desarrollen en el estudiante el marco
conceptual básico necesario para realizar estudios posteriores, tratando siempre que sea posible
discutir la evidencia que da sostén a dicha teoría.
Para lograr dichos objetivos, el estudiante deberá:
1.
Demostrar el dominio de conceptos básicos tales como: átomo, molécula, elemento, compuesto,
mezcla, peso atómico, peso molecular, átomo, gramo, mol, porciento de composición, fórmula
empírica, fórmula molecular, Molaridad, Valoración, Titulación, Energía Interna, Entalpía, calor,
calor específico, capacidad calorífica, orbital atómico y números cuánticos.
a.
b.
definiéndolos o diferenciando entre ellos
resolviendo problemas que envuelvan dichos conceptos
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Efectivo Enero 2007
2.
Enunciar principios o leyes y/o demostrar su dominio de los mismos mediante la solución de
problemas:
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
h.
i.
j.
k.
3.
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Ley de Conservación de la Materia
Ley de Composición Definida
Ley de Preparaciones Múltiples
Postulados de la Teoría Atómica de Dalton
Principio de Avogadro
Ley de Hess
Principio de Exclusión de Pauli
Regla de Máxima Multiplicidad de Hund
Teoría del Orbital Molecular
Teoría del Orbital de Valencia
Otros
Discutir el desarrollo de los diferentes modelos atómicos incluyendo:
a.
b.
c.
Experimento que da origen a dichos modelos
Información obtenida de éstos
Fallas del modelo
1. Modelo del átomo de: Thomson, Rutherford, Bohr, Mecánica Cuántica
4.
Determinar la configuración electrónica, así como propiedades tales como: Potencial de
Ionización, Afinidad Electrónica, Carácter Metálico, etc. de las familias básicas, incluyendo
algunas excepciones a las mismas.
XI. OBJETIVOS ESPECÍFICOS DEL APRENDIZAJE:: (VEA ANEJO I )
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XII.BOSQUEJO DEL CONTENIDO Y DISTRIBUCIÓN DEL TIEMPO
A.
Tópicos
B.
Distribución del Tiempo
Tópicos
Sub-Tópicos
Semanas
1. Introducción
La Quím ica y sus ramas. B reve d esarro llo histórico. El Método
Científico.
1
2. Conceptos Fundamentales
Materia: masa y peso. Estados físicos de la materia. Propiedades
físicas y químicas. Cambios físicos y químicos. Composición de
la materia: fase, materia homogénea, materia heterogénea,
mezclas, soluciones, sustancias puras, elementos y comp uestos.
Átomo s, moléculas e iones. Breve discusión de las familias de
la Tabla Periódica.
3. Ley d e Co nserva ción d e la
Materia: E stequeom etría
Pesos atómicos: desarro llo histórico, esp ectrómetro de m asas.
Teoría Atómica. Estructura del átomo: Thompson, Rutherford.
Breve discusión de enlace, electronegatividad, enlace cova lente
puro, cova lente polar e iónico. Masa molar: peso molecular,
mol, peso fórmula gramo. Determinación de fórmula empírica
y molecular. Porciento de composición. Nomenclatura de
com puestos inorgánicos. Reacciones químicas, ecuación
química: reactivos y productos. Clasificación (combinación,
descompo sición, desplazamiento sencillo y doble). Balanceo
por tanteo. Análisis cualitativo y cuantitativo de ecuaciones
químicas. Problemas: reactivo limitante, porciento de pureza,
porciento de exceso, porciento de rendimiento. Molaridad y
estequeo metría en soluciones.
3
4. Termo dinám ica (P rimera Ley)
Concep to de Energía: cinética y potencial-unidades. Trabajo:
concepto. Trabajo de expansión y de com prensión d e gases.
Pro blemas. Conceptos de sistema y medio ambiente. Tipos de
sistema: abiertos, cerrados y aislados. Estado, funciones de
estado. Primera Ley de Termodinámica: enunciado.
Aplicaciones a los diferentes tipos de sistema. Energía interna:
concepto. Formulación matemática de la ley. Pro blemas .
Entalpía: concepto. Formulación matem ática del cam bio en la
entalpía de un sistema. Problemas. Termoquímica: medida de
los calores de reacción en procesos a presión constante.
Ecuaciones Term odinám icas: entalpías de reacción.
Interpretación del signo de )H. Condiciones normales en
Termodinámica. Entalpías de formación de los com puestos.
Tab las. Medidas indire ctas de l )H de una reac ción q uímica: a
partir de las entalpías de formación de reactivos y productos.
(Prob lemas) y aplicando la ley de Hess (Enunciado de la ley. Su
aplicación. Problemas). Conceptos: capacidad calorífica, calor
específico.
3
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Tópicos
5. M odelos Atómico s y
Distribución
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Semanas
Ondas: Ondas como transmisoras de energía. Mecanismo de
creación de las ondas: oscilaciones de una partícula mecánica u
oscilaciones de una carga eléctrica. Tipos de ondas: mecánicas
y electromag néticas. Características de las onda s: longitud de
onda, frecuencia, período, velocidad de las ondas, amplitud.
Número de onda. Ejercicios y problemas. Relaciones entre
frecuencia y tono del sonido o color de la luz. Relación entre
amplitud y energía total de la onda. Intensidad del sonido y
brillo de la luz. Fenómeno asociado con las ondas: reflexión,
refracción, interferencia y difracción. O ndas estacionarias.
Fronteras. Nodos. Principio de Cuantización. Espectros de
emisión y de absorción: cond iciones en que se producen.
Relaciones emp íricas y co nstante de Ryb erg. Prob lemas. Series
de Paschen. Lyman y Balmer. Espectro de emisión de los
cuerpos calientes. Relaciones empíricas y gráficas. Relación de
Planck. Postulados teóricos en que se basa la ecuación de
Planck: el fotón. Energía del fotón. Efecto fotoeléctrico.
Justificación de Einstein a base de la teoría cuántica de Planck.
Problemas. El átomo de Bohr. Postulados en que se basa.
Fórmulas para el radio y la energ ía de cada órbita. Justificación
de los espectros de emisión y absorción. Fallos del modelo de
Bohr. Trabajos de Luis de Broglie sobre la naturaleza dual de
partícula y de onda de la materia. Relación matemática.
Problemas. Principio s de Incertidumb re de Heissenberg. El
electrón como la onda, Prueba del carácter ondulatorio del
electrón. La ecuación de Schroedinger y el modelo atómico de
Schroedinger: carácter pro babilístico de la distribución
electrónica. Función de onda (R). Significado físico de R/2.
Concep to de orbital atómica. Tipos de formas de cada tipo de
orbitales atómicas. N úmeros cuánticos: significado físico de
cada uno. Valores permitidos a los números cuánticos. Número
cuánticos de ca da orbital. Distribución electrónica dentro del
átomo: Normas que determinan la distribución electrónica:
tende ncia a un mínim o de energía, Principio de Exclusión de
Pau li y Principio de Máxima Multiplicidad de Hund. Niveles de
energía y orbitales degeneradas en el átomo de Hidrógeno.
Niveles de energía y orbitales degeneradas en átomos
multielectrónicos: regla del (n + e). Distribución electrónica en
átomos multielectrónicos. Ejercicios. Números cuánticos de los
electrones más energéticos de cada orbital. Paramagnetismo y
electrones no pareados en la deducción d e la distribución
electró nica de los metales de transición.
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Tópicos
Sub-Tópicos
Semanas
6. Tabla Periódica y Configuración
Electrónica. Propiedades Periódicas de
los Átomos
Primeros intentos de clasificación periódica de los
elementos: Triadas de Dobereiner y Octavas de Newland.
Ley Periódica de M endeleev y Meyer. Ordenam iento según
los pesos atómicos. Aciertos. Aparentes violaciones. Tablas
periódicas mod ernas: dependencia del número atómico.
Diferentes tipos. Períodos: constante de “n” a través del
período. Efectos del aumento de Z a través del p eríodo:
contracción del vo lumen. Efecto pantalla: concepto.
Fam ilias, número de la familia y total de electrones más
externos. Familias y distribución electrónica de las últimas
capas. Aumento de “n” y del efecto pantalla a través de una
familia: consecuencias sobre el volumen. Grupos de
elementos dentro de la tabla periódica : metales alcalinos y
alcalino-térreos. Elementos representativos. Metales de
transición. Serie de los actínidos y de los lantánido s.
Po tencial de oxidación: concepto. Variación dentro de una
familia repre sentativa. Variación dentro de un período.
Afinidad electrónica: concepto. Tendencias periódicas.
Volumen atómico: rad io iónico y covalente. Periodicidad de
la valencia. Elementos metálicos y no metálicos dentro de la
tabla periódica. Tendencia a formar enlace iónico y
covalente en la tabla periódica. Electronegatividad y
tendencias periódicas de la misma.
1
7. Enlace Químico
Desarrollo: Factores que estabilizan el enlace:
minimización de la energía y aumento de la entropía
como resultado del intercambio electrónico. Tipos de
enlace: iónico y covalente. Características de cada
uno. Diferencias entre ellos. Características
macroscópicas de los compuestos iónicos de los
compuestos covalentes. Enlace iónico: elementos que
tienden a formar enlace iónico. Consideraciones
termodinámicas: Ciclo de Born-Haber y energía de la
red cristalina. La red cristalina: el “Latice”. Tipos de
latice. El radio iónico: concepto y modo de
determinarlo mediante la difracción de rayos X. Razón
de los radios iónicos y su relación con el tipo de
“latice”. Enlace Pau ling y Mulliken. Enlace cova lente
3
polarizado: elementos que lo forma n. Consecuencia de la
polarización del enlace: momento dipolo. Mo léculas e iones
polarizab les: reglas de Fajans. Tendencia a completar el
octeto: elementos que cumplen con la regla del octeto.
Excepciones de la regla del octeto. Representación de
moléculas e iones: fórmulas de Lewis. ¿Qu é es la fórmula
Lewis? Electrones en enlace, electrones no enlazantes y
electrones de valencia. Carga formal de un átomo: cálculo a
covalente: Medida de la electronegatividad: escalas de partir
de la fórmula Lewis. Significado de la carga forma l. Cálculo
del número de oxidac ión a p artir de la fórmula Lewis.
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Tópicos
8. Hibridización , Geo metría
Mo lecular
Sub-Tópicos
Semanas
Desarrollo: Hibridización: Casos reales en que la valencia,
ángulo de enlace y energía de enlace no corresponden a los
enlaces que se formarían hipotéticamente. C asos d el Be , B
y C. Concepto de hibridización a partir de la Teoría del
Enlace de V alencia: reorganiza ción d e los orbitales
atómicos. Diagrama de energía de los orbitales híbrido s.
T ipos de hibridizac ión: sp, sp 2, sp 3, sp 3d, sp 3d 2. Geo metría
asociada con cada hibridización. Ejemplos. Deformaciones
causadas por la repulsión de los electrones. Estudio de casos
específicos. Geometría molecular y su influencia en el
momento dipolo. Representación de moléculas por el
método Roberts. M olécu las saturadas, moléculas con
1
enlaces múltiples. Ejercicios. Moléculas con enlaces
conjugados: delocalización de electrones. Resonancia.
Energía de resonancia
XIII. ESTRATEGIAS INSTRUCCIONALES
1.
Conferencias - Discusión
2.
Laboratorios
3.
Talleres (TADDEI)
4.
Taller (IDEAS) sobre construcción de gráficas
XIV. ESTRATEGIAS DE EVALUACIÓN:
1.
Se ofrecerán no menos de tres exámenes parciales y un examen final que evaluará la totalidad del
material explicado durante el semestre. El examen final valdrá un 20% de la nota final.
2.
Además de los exámenes parciales y el examen final, se podrán ofrecer pruebas cortas o quizzes
sobre el material discutido o sobre lecturas asignadas, con la anuencia de la Coordinación.
Exámenes parciales ........... 60%
Examen Final .................... 20%
Laboratorio ....................... 20%
TADDEI ........................... 3%
3.
Si al final del semestre algún material discutido no llega a evaluarse en el último examen parcial,
se evaluará en el examen final, con la debida notificación del (de la) profesor(a).
4.
Las excusas médicas son aceptables. Las excusas de atletas las solicitará el Director Atlético del
Recinto, a través de una comunicación firmada. Cualquier otra excusa se evaluará en la
Coordinación para tomar una decisión al respecto.
5.
Cuando un(a) estudiante falte a un examen parcial o final y no presente al (a la) profesor(a) una
excusa válida, se le adjudicará una calificación de cero en el examen correspondiente.
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Si el (la) estudiante falta a uno o más exámenes parciales o al examen final con excusa válida,
se ofrecerá un examen de reposición en común acuerdo entre el (la) profesor(a) y el (la)
estudiante.
NOTA: En situaciones extraordiarias, el (la) profesor(a) podrá hacer ajustes en la distribución
de temas y el tiempo para cubrir los mismos.
Horario de Exámenes:
1.
2.
3.
4.
5.
Los exámenes de las conferencias de Química General I (QUIM 3001) son exámenes
departamentales.
Se ofrecerán cuatro (4) exámenes parciales y un examen final por semestre.
Los exámenes parciales se ofrecerán fuera del horario regular de clases y será de 4:30 p.m. a 6:20
p.m los viernes.
El día específico de los exámenes parciales será informado por los profesores durante las
primeras semanas de clases.
La fecha y hora del examen final para estos cursos de conferencia serán publicadas por la Oficina
del Registrador.
XV. SISTEMA DE CALIFICACIÓN:
100 - 85 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A
84 - 75 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B
74 - 60 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C
59 - 50 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D
49 -
........................... F
XVI. RECURSOS DE APRENDIZAJE
1.
Proyectores (Transparencias)
2.
Computadoras
3.
Calculadoras
XVII. BIBLIOGRAFÍA
Petrucci, Ralph H.; Harwood, William S.; Herring, Geoffrey F.; GENERAL CHEMISTRY: Principles
and Modern Applications, 2007, Nineth Edition, Prentice Hall. Inc., New Jersey
Kotz, John C.; Treichel, Paul M.; Weaver, Gabriela C.; Chemistry & Chemical Reactivity, 2006, Sixth
Edition, Thomson Brooks-Cole, Canada
Moore, John W.; Stanitski, Conrad L.; Jurs, Peter C.; Chemistry: The Molecular Science, 2002,
Hartcourt, USA
QUIM 3001 - Prontuario
Efectivo Enero 2007
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Brown, Theodore L.; LeMay, Eugene; Bursten, Bruce E.; Chemistry: The Central Science,2000,
Eighth Edition, Prentice Hall. Inc.,USA
Kotz, John C.; Treichel, Paul M.; Harman Patrick A.; Chemistry & Chemical Reactivity,2003, Fifth
Edition, Thomson Brooks-Cole,USA
Stanton, Bobby, Zhy Lin, Atwood, Charles, Experiments in General Chemistry, 2006, Thomson
Brooks-Cole,USA
Petrucci, Ralph H.; Harwood, William S.; Herring, Geoffrey F.;Experiments in General Chemistry ,
2002, Eighth Edition, Prentice Hall. Inc., New Jersey
Weiner, Susan A.; Introduction to Chemical Principles: A Laboratory Approach, 2005, Sixth Edition,
Thomson Brooks-Cole, USA
Enlaces a WEBS de Química General:
http://www.prenhall.com/petrucci
http://www.harcourtcollege.com
http://www.prenhall.com/brown
DERECHOS DE ESTUDIANTES CON IMPEDIMENTOS
La UPR en Humacao cumple con las leyes ADA (Americans with Disabilities Act) y 51 (Servicios
Educativos Integrales para Personas con Impedimentos) para garantizar igualdad en el acceso a la
educación y servicios. Estudiantes con impedimentos: informe al (la) profesor (a) de cada curso sobre sus
necesidades especiales o de acomodo razonable para el curso, en la tarjeta de información de la primera
semana y visite la Oficina de Servicios para la Población con Impedimentos (SERPI) a la brevedad posible.
Se mantendrá la confidencialidad.
LAW 51
UPR-Humacao complies with ADA (Americans with Disabilities Act) and Law 51 (Integrated Educational
Resources for Persons with Disabilities) to guarantee equal access to education and services. Students with
disabilities should inform the professor of the course about special needs or reasonable accommodations for
the course on the student information card filled out during the first week of classes. He/she should also visit
the Services for Students with Disabilities Office. Strict confidentiality will be maintained.
ANEJO I
UNIVERSIDAD DE PUERTO RICO EN HUMACAO
FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES
DEPARTAM ENTO DE Q UIMICA
PROGRAMA D E BACHILLERATO EN QUÍMICA INDUSTRIAL
PRONTUARIO DE QUIM 3001
REVISADO POR:
PROF. CARMEN S. DELGADO
ENERO 2006