TERMODINÁMICA Y CINÉTICA QUÍMICA

TERMODINÁMICA Y CINÉTICA QUÍMICA

GRADO EN BIOTECNOLOGÍA

1. Datos de la asignatura

(Fecha última modificación: 21-07-17 21:38)
Código
100609
Plan
ECTS
6.00
Carácter
BÁSICA
Curso
1
Periodicidad
Segundo Semestre
Área
QUÍMICA FÍSICA
Departamento
Química Física
Plataforma Virtual

Campus Virtual de la Universidad de Salamanca

Datos del profesorado

Profesor
Manuel García Roig
Grupo/s
1
Departamento
Química Física
Área
Química Física
Centro
Fac. Ciencias Químicas
Despacho
C2503 - EDIFICIO FACULTAD DE CC. Y CC. QUÍMICAS
Horario de tutorías

LUNES, MIERCOLES (13-14 h), MARTES, JUEVES (12-14h)

 

URL Web
http://fisquim.usal.es
E-mail
mgr@usal.es
Teléfono
670546942 Ext.6273
Profesor
Francisco Javier Burguillo Muñoz
Grupo/s
2
Departamento
Química Física
Área
Química Física
Centro
Fac. Farmacia
Despacho
062
Horario de tutorías

LUNES, MIERCOLES (13-14 h), MARTES, JUEVES (12-14h)

URL Web
http://simfit.usal.es/burguillo
E-mail
burgui@usal.es
Teléfono
677585109

2. Sentido de la materia en el plan de estudios

Bloque formativo al que pertenece la materia.

QUIMICA PARA LAS BIOCIENCIAS MOLECULARES:

– Química general

– Química-física

– Química orgánica

– Química inorgánica

Papel de la asignatura.

Proporcionar los conocimientos necesarios de Termodinámica y Cinética químicas, para estudiar:

– las interrelaciones entre las propiedades de equilibrio de un sistema (Termodinámica)

– procesos de velocidad tales como reacciones químicas, difusión y flujo de cargas en una célula electroquímica (Cinética).

Perfil profesional.

La asignatura “Termodinámica y cinética química” aporta los conceptos teóricos necesarios para poder desarrollar los tres perfiles profesiona- les genéricos: “Investigación y docencia”, “Bioquímica y Biomedicina molecular” y “Biotecnología industrial”.

3. Recomendaciones previas

Es necesario que el alumno posea conocimientos básicos de Química, Matemáticas y Física, por lo que es conveniente que provenga de la vía adecuada del bachillerato. Además, poseer habilidades y destrezas en la utilización de los procedimientos de cálculo básicos y de recursos informáticos, tales como paquetes ofimáticos, Internet, búsqueda en bases de datos, etc.

4. Objetivo de la asignatura

GENERALES:

Mostrar la potencialidad y posibilidades de las leyes y principios de los Métodos Termodinámico y Cinético de la Química física como base para la interpretación y predicción del sentido y extensión de los procesos que se integran en la evolución de los sistemas químicos, biológicos y tecnológicos.

ESPECÍFICOS:

– Conocer, comprender y aplicar los principios y leyes del Método Termodinámico a la interpretación y cuantificación de los procesos aso- ciados con: cambios de estado, propiedades de disoluciones y mezclas, equilibrio de fases, equilibrio químico.

– Conocer, comprender y aplicar los conceptos y leyes propios de la Cinética Química (evolución con el tiempo) y aplicarlos a la obtención ecuaciones de velocidad, mecanismos de reacción y al estudio de reacciones catalíticas, especialmente, de catálisis enzimática.

 

5. Contenidos

Teoría.

BLOQUE 1. TERMODINÁMICA

Tema 1. Fundamentos de termodinámica

Conceptos básicos: trabajo y calor. Principio cero de la termodinámica. Primer principio de la termodinámica. Termoquímica. Segundo principio de la termodinámica. Funciones de Gibbs y Helmholtz. Propiedades parciales: potencial químico.

Tema 2. Estudio de sustancias puras y sistemas multicomponentes

Gases ideales y reales. Regla de las fases. Condiciones de equilibrio entre fases. Diagrama de fases de una sustancia pura. Ecuaciones de Clapeyron y Clausius-Clapeyron. Disolución ideal, diluida ideal y real. Disoluciones de no electrolitos: propiedades coligativas. Diagramas de fases en sistemas multicomponentes. Disoluciones de electrolitos.

Tema 3. Equilibrio químico

Energía Gibbs en función de la composición. Influencia de la temperatura en la constante de equilibrio. Influencia de la temperatura y la presión sobre la composición de la mezcla en equilibrio. Equilibrio en reacciones heterogéneas. Equilibrios iónicos. Disoluciones tampón. Disociación de ácidos polipróticos. Hidrólisis. Solubilidad y producto de solubilidad. Reacciones acopladas. Equilibrio electroquímico.

BLOQUE 2. CINÉTICA QUÍMICA

Tema 4. Cinética química. Conceptos generales

Velocidad de reacción. Determinación experimental de la velocidad de reacción. Ecuación de velocidad: métodos de integración, métodos diferenciales y método de aislamiento. Efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción.

Tema 5. Reacciones complejas. Mecanismos. Cinética molecular.

Cinética de las reacciones complejas. Mecanismos de reacción. Cinética molecular: teoría de colisiones, teoría del estado de transición, reacciones en disolución.

Tema 6. Catálisis

Aspectos generales de la catálisis. Tipos de catálisis. Catálisis enzimática: modelo de Michaelis-Menten, cinética de inhibición, efecto de la temperatura y del pH en la velocidad de reacción.

BLOQUE 3. FENÓMENOS DE SUPERFICIE

Tema 7. Fenómenos de superficie

Adsorción. Tensión superficial. Sistemas coloidales: clasificación, propiedades eléctricas: doble capa eléctrica y estabilidad.

Práctica.

CONTENIDOS PRÁCTICOS:

Se realizarán dos prácticas de laboratorio, una de Cinética Química y otra de Fenómenos Superficiales.

6. Competencias a adquirir

Básicas / Generales.

Saber adoptar las metodologías más adecuadas para el trabajo en el laboratorio y la industria mediante la comprensión de las bases quími- cas de técnicas e instrumentación habituales en el ámbito biotecnológico. (CG 1, 3 y 6).

Contribuir al diseño e implementación de procesos biotecnológicos teniendo en cuenta las bases químicas subyacentes. (CG 3, 4 y 6).

 

Específicas.

Competencias específicas de conocimiento (saber):

CEC1 Describir correctamente con palabras y con fórmulas matemáticas las tres leyes de la energética de las reacciones químicas.

Termodinámica.

CEC2 Predecir correctamente la espontaneidad de una reacción en base a los cambios entrópicos y entálpicos y de la energía libre en condi- ciones estándar y no estándar.

CEC3 Describir bien los factores que afectan a la velocidad de reacción. Catálisis química y Biocatálisis

CEC4 Describir bien con palabras y con fórmulas matemáticas la solubilidad, insolubilidad y propiedades ácido-base de diferentes compuestos.

Diferenciar bien los conceptos de sedimentación y de precipitación.

CEC5 Describir cualitativa y cuantitativamente los cambios en las propiedades coligativas de un solvente por la adición de un soluto.

Incluyendo: presión de vapor, punto de ebullición, punto de congelación y presión osmótica.

CEC6 Predecir la solubilidad de un compuesto en base a los parámetros entálpicos y  entrópicos de una solución y los cambios de solubilidad en función de la temperatura.

CEC7 Describir correctamente, con sus reacciones y sus constantes de equilibrio, los principales tampones de importancia biológica y aquellos de uso más frecuente en laboratorios de Bioquímica.

CEC8 Valorar correctamente cuantitativa y cualitativamente los intervalos de tamponamiento de una solución tampón o amortiguadora, sabien- do seleccionar el tampón más adecuado para el rango de pH necesario.

Competencias específicas instrumentales (saber hacer):

CEI1 Trabajar de forma adecuada en un laboratorio químico-bioquímico incluyendo seguridad, manipulación y eliminación de residuos químicos y registro anotado de actividades.

CEI2 Expresarse correctamente con términos químicos.

CEI3 Realizar bien ajustes estequiométricos de reacciones químicas.

CEI4 Aplicar correctamente el concepto de equilibrio químico, valorar los factores que lo afectan y calcular constante de equilibrio.

CEI5 Trabajar correctamente con varias unidades de concentración incluyendo molaridad, normalidad, molalidad, fracción molar y % en peso y volumen e interconvertir entre las diferentes unidades.

CEI6 Preparar bien disoluciones ajustadas en volumen, concentración y con pH determinados. Determinar el pH en una titulación a mitad del punto de equivalencia, en el punto de equivalencia y después del punto de equivalencia. Explicar cómo y por qué cambia el color de un indicador de pH.

CEI7 Pipetear correctamente con precisión desde microlitros a mililitros.

CEI8 Pesar correctamente sustancias con precisión desde décimas de miligramo a gramos.

CEI9 Familiarizarse con el uso de los principales instrumentos habituales en un laboratorio químico y bioquímico. CEI10 Determinar correctamente órdenes de reacción.

Transversales.

Competencias transversales instrumentales:

CTI1 Diseñar experimentos y comprender las limitaciones de la aproximación experimental. CTI2 Dividir y analizar las partes de un problema.

CTI3 Describir bien los factores que afectan a la velocidad de reacción. Catálisis química y Biocatálisis. CTI4 Diferenciar estudios observacionales y experimentales.

CTI5 Interpretar resultados experimentales e identificar elementos consistentes e inconsistentes.

CTI6 Trabajar de forma adecuada en un laboratorio químico-bioquímico incluyendo seguridad, manipulación y eliminación de residuos quí- micos y registro anotado de actividades.

CTI7 Analizar y sintetizar. CTI8 Gestionar la información.

CTI9 Usar internet como medio de comunicación y como fuente de información. CTI10 Resolver problemas

CTI11 Organizar y planificar su trabajo. CTI12 Tomar decisiones.

Competencias transversales personales:

CTP1 relacionarse con los demás.

CTP2 colaborar con otros compañeros de trabajo. CTP3 razonar críticamente.

CTP4 mantener un compromiso ético.

Competencias transversales sistémicas:

CTS1 aprendizaje autónomo.

CTS2 aplicar los conocimientos teóricos a la práctica. CTS3 autoevaluación.

7. Metodologías

La asignatura, fundamentalmente, se desarrollará a lo largo de un semestre con clases de teoría, resolución de problemas y prácticas de laboratorio. En las clases magistrales se le dará al estudiante una visión general del tema indicándole los puntos fundamentales del mismo. Se utilizará la pizarra para los desarrollos matemáticos y proyecciones en PowerPoint para el estudio e interpretación de gráficos, esquemas, etc. Estarán a su disposición (en studium,....) las gráficas, tablas, etc., que se utilicen en las exposiciones magistrales. También se les proporcionará la bibliografía correspondiente a cada tema.

Los seminarios se dedicarán a la resolución de problemas, por parte de los estudiantes, cuyos enunciados se les han entregado con anterioridad. Se les enseñará a interpretar el enunciado, plantearlos y resolverlos correctamente, así como comentar los resultados obtenidos. De cada hoja de problemas se elegirá al menos uno para que cada estudiante lo resuelva de forma personal y lo entregue al profesor para ser evaluado (Entrega).

La  realización  de  las  prácticas  de  laboratorio  y  la  presentación  de  un  informe  final son imprescindibles para aprobar la asignatura.

Las tutorías servirán para resolver las dudas sobre los contenidos teóricos de la asignatura, la resolución de problemas y en la elaboración de los trabajos propuestos.

8. Previsión de Técnicas (Estrategias) Docentes

9. Recursos

Libros de consulta para el alumno.

1. Sanz Pedrero, P. y otros. “Fisicoquímica para Farmacia y Biología”, Masson-Salvat 1992 (y eds. posteriores).

2.- Chang, R. “Fisicoquímica”, McGraw-Hill, 2008

3. Levine, I. N. “Fisicoquímica” (2 tomos), McGraw-Hill, 2004.

4. Atkins, P.W. “Fisicoquímica”, Addison Wesley Iberoamericana, 1991 (y eds. posteriores).

5. Levine, I.N. “Problemas de Fisicoquímica”, McGraw-Hill, 2005.

Otras referencias bibliográficas, electrónicas o cualquier otro tipo de recurso.

1. Petrucci, R. H.; Harwood, W. S. y Herring, F. G. “Química general”, Ed. Prentice-Hall, 2003.

2. Avery, H. E. “Cinética química básica y mecanismos de reacción”, Ed. Reverté, S. A., 1982.

3. Rodríguez Renuncio y col. “Termodinámica química”, Ed. Síntesis, 1998.

4. Logan, S. R. “Fundamentos de cinética química”, Addison-Wesley, 2000 Servidor de apoyo del departamento de Química Física: http://fisquim.usal.es/

10. Evaluación

Consideraciones generales.

– Pruebas escritas sobre los contenidos del programa con preguntas expositivas y/o preguntas cortas, cuestiones tipo test y resolución de problemas de aplicación de los conceptos explicados.

– Evaluación de las prácticas realizadas en el laboratorio

– Asistencia  y  participación  en  las  clases  y  sesiones  de  seminario.  Las  sesiones  de seminario  se  realizarán  con  grupos  pequeños  para  que  los  alumnos  puedan  participar activamente y recibir atención individualizada.

– Actividades personales de resolución de problemas y cuestionarios en la plataforma de e-learning Studium.

Criterios de evaluación.

Para aprobar la asignatura será necesario obtener una calificación global igual o superior a cinco, de acuerdo con los criterios que se especifican a continuación, siempre y cuando el alumno haya realizado y aprobado las prácticas de laboratorio. No se podrá superar la asignatura si en alguno de los dos apartados del examen escrito, teoría y problemas, se obtiene una nota inferior a 4 puntos

Examen escrito (teoria 50% valoración + problemas 50%  valoración)                         70%

Prácticas de laboratorio: informe y comportamiento                                                      15%

Evaluación continuada del trabajo del alumno: problemas y cuestiones entregadas      15%

TOTAL                                                                                                                         100%

Instrumentos de evaluación.

— Pruebas escritas sobre los contenidos del programa con preguntas de desarrollo y/o preguntas cortas, cuestiones tipo test y resolución de problemas de aplicación de los conceptos explicados. Competencias generales (G3 y G6), específicas (CEC1-CEC8, CEI2-CEI4, CEI6, CEI10) y transversales (CTI2, CTI3, CTI7, CTI10, CTS2).

— Evaluación de prácticas realizadas en el laboratorio y del informe final. Competencias generales (G3 y G6), específicas (CEI1-CEI3, CEI5, CEI10) y transversales (todas).

— Asistencia y participación en las clases y sesiones de seminario. Competencias generales  (G3), específicas (CEC1-CEC8, CEI2-CEI5, CEI10) y transversales (CTI2, CTI3, CTI5, CTI7, CTI10 y CTS1-CTS3).

— Actividades personales de resolución de problemas y cuestionarios

 

Recomendaciones para la evaluación.

Es condición esencial para poder aprobar la asignatura la asistencia a las prácticas de laboratorio.

Asistir y participar en todas las actividades presenciales (clases teóricas, seminarios, tutorías en grupo, etc). Estudiar la asignatura día a día y consultar la bibliografía.

Realizar las actividades no presenciales en entornos virtuales de e-learning.

Utilizar las tutorías individuales para resolver dudas.

Recomendaciones para la recuperación.

Se recomienda al alumno que utilice todos los medios y mecanismos docentes que tiene a su servicio para conseguir adquirir las competen- cias antes indicadas.

En las semanas destinadas para las pruebas escritas de recuperación, se realizará una prueba, en la que estarán incluidos contenidos de toda la asignatura.

En el caso de suspender la asignatura, no es obligatorio que el alumno repita las prácticas de laboratorio en años posteriores. Si no superó las prácticas, tendrá que repetirlas.

11. Organización docente semanal