Química Inorgánica - Instituto Tecnológico Superior de Coatzacoalcos

1.- DATOS DE LA ASIGNATURA
Nombre de la asignatura: Química Inorgánica
Carrera: Ingeniería Petrolera
Clave de la asignatura: PEG-1025
SATCA1 3 - 3 - 6
2.- PRESENTACIÓN
Caracterización de la asignatura.
Esta asignatura aporta al perfil del Ingeniero Petrolero la capacidad para explicar la
estructura de los compuestos químicos inorgánicos, sus propiedades físicas y químicas, sus
principales usos y su impacto económico y ambiental; para su aplicación en los procesos
empleados en la industria petrolera.
Para integrarla se ha hecho un análisis del campo de la Química, identificando los temas de
Química Inorgánica que tienen una mayor aplicación en el quehacer profesional de este
ingeniero.
Puesto que esta materia dará soporte a otras, más directamente vinculadas con
desempeños profesionales; se inserta en el primer semestre de la trayectoria escolar; antes
de cursar aquéllas a las que da soporte. De manera particular, lo trabajado en esta
asignatura se aplica en el estudio de los temas: estructura atómica, nomenclatura,
soluciones entre otros.
Intención didáctica.
Se organiza el temario, en ocho unidades, en las cuales se consideran los temas
importantes para el conocimiento de la Química Inorgánica.
En las primeras cuatro unidades se establecen los conocimientos generales sobre la
estructura Atómica, estructura y propiedades de los compuestos, soluciones y
estequiometria.
En las cuatro unidades restantes se detalla el estudio de soluciones principios de
termodinámica y electroquímica.
La idea es abordar reiteradamente los conceptos fundamentales hasta conseguir su
comprensión. Se propone abordar los temas anteriores desde un punto de vista conceptual,
partiendo de la identificación de cada uno de dichos procesos en el entorno cotidiano o el de
desempeño profesional.
Se sugiere una actividad integradora, en cada una de las unidades, que permita aplicar los
conceptos estudiados. Esto permite dar un cierre a la materia mostrándola como útil por sí
1
Sistema de asignación y transferencia de créditos académicos
misma en el desempeño profesional, independientemente de la utilidad que representa en el
tratamiento de temas en materias posteriores.
El enfoque sugerido para la materia requiere que las actividades prácticas promuevan el
desarrollo de habilidades para la experimentación, tales como: identificación, manejo y
control de variables y datos relevantes; planteamiento de hipótesis; trabajo en equipo;
asimismo, propicien procesos intelectuales como inducción-deducción y análisis-síntesis
con la intención de generar una actividad intelectual compleja; por esta razón varias de las
actividades prácticas se han descrito como actividades previas al tratamiento teórico de los
temas, de manera que no sean una mera corroboración de lo visto previamente en clase,
sino una oportunidad para conceptualizar a partir de lo observado. En las actividades
prácticas sugeridas, es conveniente que el profesor busque sólo guiar a sus alumnos para
que ellos hagan la elección de las variables a controlar y registrar. Para que aprendan a
planificar, que no planifique el profesor todo por ellos, sino involucrarlos en el proceso de
planeación.
La lista de actividades de aprendizaje no es exhaustiva, se sugieren sobre todo las
necesarias para hacer más significativo y efectivo el aprendizaje. Algunas de las actividades
sugeridas pueden hacerse como actividad extra clase y comenzar el tratamiento en clase a
partir de la discusión de los resultados de las observaciones. Se busca partir de
experiencias concretas, cotidianas, para que el estudiante se acostumbre a reconocer los
fenómenos físicos en su alrededor y no sólo se hable de ellos en el aula. Es importante
ofrecer escenarios distintos, ya sean construidos, artificiales, virtuales o naturales.
En las actividades de aprendizaje sugeridas, generalmente se propone la formalización de
los conceptos a partir de experiencias concretas; se busca que el alumno tenga el primer
contacto con el concepto en forma concreta y sea a través de la observación, la reflexión y
la discusión que se dé la formalización; la resolución de problemas se hará después de este
proceso. Esta resolución de problemas no se especifica en la descripción de actividades,
por ser más familiar en el desarrollo de cualquier curso. Pero se sugiere que se diseñen
problemas con datos faltantes o sobrantes de manera que el alumno se ejercite en la
identificación de datos relevantes y elaboración de supuestos.
En el transcurso de las actividades programadas es muy importante que el estudiante
aprenda a valorar las actividades que lleva a cabo y entienda que está construyendo su
hacer futuro y en consecuencia actúe de una manera profesional; de igual manera, aprecie
la importancia del conocimiento y los hábitos de trabajo; desarrolle la precisión y la
curiosidad, la puntualidad, el entusiasmo y el interés, la tenacidad, la flexibilidad y la
autonomía.
Es necesario que el profesor ponga atención y cuidado en estos aspectos en el desarrollo
de las actividades de aprendiaje de esta asignatura.
3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR
Competencias Específicas:
Competencias Genéricas:
Explicar la estructura de los compuestos Competencias instrumentales
químicos inorgánicos, sus propiedades • Capacidad de análisis y síntesis
físicas y químicas, sus principales usos y su • Capacidad de organizar y planificar
impacto económico y ambiental; para su • Conocimientos básicos de la carrera
aplicación en los procesos empleados en la • Comunicación oral y escrita
industria petrolera.
• Habilidades básicas de manejo de la
computadora
• Habilidad para buscar y analizar
información proveniente de fuentes
diversas
• Solución de problemas
• Toma de decisiones.
Competencias interpersonales
• Capacidad crítica y autocrítica
• Trabajo en equipo
• Habilidades interpersonales
Competencias sistémicas
• Capacidad de aplicar los conocimientos
en la práctica
• Habilidades de investigación
• Capacidad de aprender
• Capacidad de generar nuevas ideas
(creatividad)
• Habilidad para trabajar en forma
autónoma
• Búsqueda del logro
4.- HISTORIA DEL PROGRAMA
Lugar y fecha de
elaboración o revisión
Participantes
Representantes de los Institutos
Instituto
Tecnológico Tecnológicos de:
Superior
de
Puerto Superior
de
Coatzacoalcos,
Vallarta del 10 al 14 de Minatitlán, Superior de Poza Rica
agosto de 2009.
y
Superior
de
Venustiano
Carranza.
Desarrollo de Programas
en Competencias
Profesionales por los
Institutos Tecnológicos
del 17 de agosto de
2009 al 19 de febrero de
2010.
Academias de Ingeniería
Petrolera de los Institutos
Tecnológicos de:
Superior de Coatzacoalcos,
Minatitlán, Superior de Poza Rica,
Superior de Tantoyuca y Superior
de Venustiano Carranza.
Representantes de los Institutos
Instituto
Tecnológico Tecnológicos de:
de
Coatzacoalcos,
Superior de Poza Rica Superior
del 22 al 26 de febrero Minatitlán, Superior de Poza Rica,
Superior de Tantoyuca y Superior
de 2010.
de Venustiano Carranza.
Evento
Reunión
Nacional
de
Diseño
e
Innovación
Curricular
para
el
Desarrollo y Formación de
Competencias
Profesionales
de
la
Carrera
de
Ingeniería
Petrolera.
Elaboración del programa
de estudio propuesto en la
Reunión Nacional de
Diseño Curricular de la
Carrera de Ingeniería
Petrolera.
Reunión
Nacional
de
Consolidación
de
los
Programas
en
Competencias
Profesionales
de
la
Carrera
de
Ingeniería
Petrolera.
5.- OBJETIVO(S) GENERAL(ES) DEL CURSO
Explicar la estructura de los compuestos químicos inorgánicos, sus propiedades físicas y
químicas, sus principales usos y su impacto económico y ambiental; para su aplicación en
los procesos empleados en la industria petrolera.
6.- COMPETENCIAS PREVIAS
•
•
•
•
Comportamiento de la materia en función de las propiedades
Propiedades de la materia
Identificación de los cambios físicos y químicos
Estados de la materia
7.- TEMARIO
Unidad
1
2
3
4
5
Temas
Subtemas
Teoría
cuántica, 1.1 Base experimental de la teoría cuántica.
estructura atómica y 1.2. Teoría cuántica y configuración
periodicidad
electrónica.
1.3. Características de la clasificación
periódica
moderna de los elementos.
1.4. Clasificación de los metales de acuerdo a
su distribución en la corteza terrestre.
Enlace, estructura y 2.1 Concepto y clasificación de enlace
propiedades
de
los químico.
compuestos químicos
2.2 Enlace iónico.
2.3 Enlace covalente.
2.4 Estructura de Lewis.
2.5 Orbital molecular.
2.6 Geometría molecular.
2.7 Enlace covalente coordinado.
2.8 Enlace metálico.
2.8 Fuerzas intermoleculares
Compuestos químicos: 3.1 Compuestos inorgánicos.
tipos,
nomenclatura, 3.2 Impacto económico ambiental de los
reacciones e impacto compuestos inorgánicos en la industria
económico y ambiental
petrolera.
Reacciones químicas y 4.1 Reacciones químicas.
estequiometria
4.2 Balanceo de ecuaciones químicas
4.3 Concepto de estequiometria.
4.4 Leyes estequiométricas
4.5 Cálculos estequiométricos
Química
de
las 5.1 Solubilidad
soluciones
5.2 Concentración de las soluciones
5.3 Valoraciones
5.4 Mezclas Soluciones,
emulsiones y
dispersiones.
5.5 pH y alcalinidad
5.6 Fluidos de importancia en perforación
6
Equilibrio químico
7
Termoquímica
8
Electroquímica
6.1 Concepto de equilibrio químico y Ley de
Acción de Masas.
6.2 Equilibrio ácido-base en sistemas
acuosos
7.1 Cambios de energía en las reacciones
químicas
7.2 Entalpia
7.3 Calorimetría
7.4 Calor de disolución y dilución
8.1 Reacciones redox
8.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS (desarrollo de competencias genéricas)
El profesor debe:
Ser conocedor de la disciplina que está bajo su responsabilidad, conocer su origen y
desarrollo histórico para considerar este conocimiento al abordar los temas. Desarrollar la
capacidad para coordinar y trabajar en equipo; orientar el trabajo del estudiante y potenciar
en él la autonomía, el trabajo cooperativo y la toma de decisiones. Mostrar flexibilidad en el
seguimiento del proceso formativo y propiciar la interacción entre los estudiantes. Tomar en
cuenta el conocimiento de los estudiantes como punto de partida y como obstáculo para la
construcción de nuevos conocimientos.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Propiciar actividades de metacognición. Ante la ejecución de una actividad, señalar o
identificar el tipo de proceso intelectual que se realizó: una identificación de patrones,
un análisis, una síntesis, la creación de un heurístico, etc. Al principio lo hará el
profesor, luego será el alumno quien lo identifique.
Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información en distintas
fuentes. Ejemplo: buscar y contrastar definiciones de las leyes identificando puntos de
coincidencia entre unas y otras definiciones e identificar cada ley en situaciones
concretas.
Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, el intercambio
argumentado de ideas, la reflexión, la integración y la colaboración de y entre los
estudiantes. Ejemplo: al socializar los resultados de las investigaciones y las
experiencias prácticas solicitadas como trabajo extra clase.
Relacionar los contenidos de esta asignatura con las demás del plan de estudios a
las que ésta da soporte para desarrollar una visión interdisciplinaria en el estudiante.
Propiciar el desarrollo de capacidades intelectuales relacionadas con la lectura, la
escritura y la expresión oral. Ejemplos: trabajar las actividades prácticas a través de
guías escritas, redactar reportes e informes de las actividades de experimentación,
exponer al grupo las conclusiones obtenidas durante las observaciones.
Facilitar el contacto directo con materiales e instrumentos, al llevar a cabo actividades
prácticas, para contribuir a la formación de las competencias para el trabajo
experimental como: identificación manejo y control de variables y datos relevantes,
planteamiento de hipótesis, trabajo en equipo.
Propiciar el desarrollo de actividades intelectuales de inducción-deducción y análisissíntesis, que encaminen hacia la investigación.
Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación de los conceptos,
modelos y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo de la asignatura.
Proponer problemas que permitan al estudiante la integración de contenidos de la
asignatura y entre distintas asignaturas, para su análisis y solución.
Relacionar los contenidos de la asignatura con el cuidado del medio ambiente; así
como con las prácticas de una agricultura sustentable.
Cuando los temas lo requieran, utilizar medios audiovisuales para una mejor
comprensión del estudiante.
Propiciar el uso de las nuevas tecnologías en el desarrollo de la asignatura
(procesador de texto, hoja de cálculo, base de datos, graficador, Internet, etc.).
9.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN
•
•
•
•
•
•
•
La evaluación debe ser continua y formativa por lo que se debe considerar el
desempeño en cada una de las actividades de aprendizaje, haciendo especial énfasis
en:
Exámenes escritos para comprobar el manejo de aspectos teóricos y declarativos.
Examen escrito.
Reporte de prácticas.
Reportes de investigación.
Debatir sus temas investigados.
Participación de trabajo en equipo.
Proyecto final: Identificación de los elementos de la tabla periódica basándose en
sus propiedades periódicas. Identificar el tipo de enlace presente en un compuesto.
Obtener un compuesto en laboratorio. Llevar a cabo reacciones donde aplique el
balanceo de la misma.
10.- UNIDADES DE APRENDIZAJE
Unidad 1. Teoría Cuántica, Estructura Atómica y Periodicidad
Competencia
Específica
a
Actividades de Aprendizaje
Desarrollar
Conocer los conceptos básicos de la
• Investigar
en
diferentes
fuentes
estructura de la materia, desarrollar
documentales la teoría cuántica.
ejercicios donde se aplique los
• Analizar en equipo y explicar de que
conceptos aprendidos.
manera la teoría de Planck supera la
dificultad
que
establece
la
teoría
electromagnética clásica.
• Investigar en fuentes documentales y
exponer al grupo los términos: radiación,
espectro electromagnético, espectro de
emisión, espectroscopia y espectroscopio.
• Realizar los cálculos para determinar la
frecuencia y longitud de onda de la
radiación emitida cuando un electrón salta o
pasa de una órbita de número cuántico
principal (n2) y energía (E2) a una órbita de
menor energía (E1) y número cuántico
principal más pequeño (n1).
• Exponer con material audiovisual la relación
de la ecuación de Schrödinger con los
números cuánticos (n, l, m, s) y los orbitales
atómicos (s, p, d, f).
• Escribir las configuraciones electrónicas de
los elementos que se le soliciten,
determinando el número de electrones no
apareados en el estado fundamental y
determinar si es paramagnético o
diamagnético.
• Investigar las definiciones de las diferentes
propiedades periódicas (carga nuclear
•
•
•
•
•
•
•
efectiva, tamaño atómico, energía de
ionización,
afinidad
electrónica
y
electronegatividad) y analizar en grupo y
periodos sus tendencias en la tabla
periódica.
Realizar una escenificación de cada una de
las propiedades periódicas
Calcular la carga nuclear efectiva aplicando
las reglas empíricas de Slater para analizar
su tendencia por grupos y por periodos.
Explicar la influencia del número cuántico
principal (n) y de la carga nuclear efectiva
en el tamaño atómico (o tendencia de
tamaño atómico) en diferentes elementos
químicos.
Indicar en una serie de elementos dada (en
forma de pares) quién presenta mayor
efecto pantalla, energía de ionización,
afinidad electrónica, carga nuclear efectiva
y electronegatividad.
Analizar una serie de iones y elementos
isoelectrónicos para ordenarlos de forma
ascendente a su tamaño.
Desarrollar una investigación bibliográfica y
de campo para presentar en forma escrita
el proceso de producción de los elementos
químicos de la industria petrolera de
importancia económica.
Investigar en la región las medidas
ambientales y el papel que la química juega
en el establecimiento de las mismas.
Unidad 2. Enlace, Estructura y Propiedades de los Compuestos Químicos
Competencia
Específica
a
Actividades de Aprendizaje
Desarrollar
Explicar, con base a los conceptos
• Investigar y definir el concepto de enlace.
comprendidos, el comportamiento de
• Explorar las condiciones de formación que
los enlaces y fuerzas intermoleculares
permiten predecir la formación de un enlace
covalente, iónico y metálico.
• Describir estructuras de Lewis de compuestos
químicos.
• Relacionar
el
carácter
de
enlace
predominante con las propiedades físicas
macroscópicas de elementos y compuestos.
• Aplicar en clase la teoría de Enlace, Valencia
y RPECV para explicar la geometría en
compuestos químicos sencillos
• Establecer las relaciones de la geometría de
las moléculas con sus propiedades físicas y
químicas. Investigar, analizar y definir en
clase el concepto de hibridación.
• Aplicar la teoría del orbital molecular para
explicar la formación de los enlaces sencillos,
dobles y triples en compuestos químicos.
• Establecer las relaciones de la geometría de
las moléculas con sus propiedades físicas y
químicas.
• Investigar y exponer la formación del enlace
covalente coordinado y sus características.
• Explicar con base a la Teoría de Bandas el
comportamiento de un sólido: aislante,
conductor o semiconductor.
Unidad 3. Compuestos Químicos: Tipos, Nomenclatura, Reacciones e Impacto
Económico Y Ambiental
Competencia
Específica
a
Actividades de Aprendizaje
Desarrollar
Aplicar los conocimientos adquiridos
• Investigar
definición,
clasificación,
para
nombrar
los
compuestos
nomenclatura y obtención de los principales
químicos.
compuestos inorgánicos y sus propiedades.
Y construir con la información obtenida un
mapa conceptual.
• Utilizando
nomenclaturas
IUPAC
y
tradicional determinar el nombre de un
compuesto a partir de su fórmula o a partir
del nombre del compuesto escribir su
fórmula.
• Escribir reacciones de obtención de óxidos
ácidos, óxidos básicos, sales solubles y
sales insolubles obtenidas en laboratorio.
Así como reacciones para obtener algunos
metales a partir de sus minerales.
• Desarrollar una investigación bibliográfica y
de campo en forma escrita: del proceso de
producción en nuestro país de algún
compuesto químico inorgánico
de
importancia económica en la industria
petrolera, o el proceso de descontaminación
ambiental aplicando en nuestro país o en el
exterior, para el control de determinado
compuesto químico tóxico.
Unidad 4. Reacciones Químicas y Estequiometria
Competencia
Específica
a
Actividades de Aprendizaje
Desarrollar
Aplicar los conocimientos adquiridos
• Definir y exponer en clase el concepto de
realizar
casos
prácticos
sobre
reacción química y tipos de reacción.
estequiometria.
Balancear diferentes tipos de reacciones
químicas utilizando los métodos de tanteo,
oxidación – reducción e ión – electrón, de
reacciones realizadas en prácticas de
laboratorio.
• Definir y exponer los conceptos de
estequiometria, átomo-gramo, mol-gramo,
volumen gramo molecular, número de
Avogadro, reactivo limitante, reactivo en
exceso y grado de conversión o
rendimiento.
• Realizar
cálculos
estequiométricos
aplicados en reacciones químicas llevadas
a cabo en prácticas de laboratorio.
Unidad 5. Química de las Soluciones
Competencia
Específica
a
Actividades de Aprendizaje
Desarrollar
Conocer y realizar la preparación de
• Enumerar los factores que afectan la
soluciones básicas
velocidad de una reacción química y
aquellos que afectan el equilibrio químico y
describir el efecto de cada uno.
• Definir constante de equilibrio Keq,
constante de ionización Ka y Kb y
constante de producto de solubilidad Kps.
• Explicar
el
concepto
solución
amortiguadora.
• Investigar
un
sistema
amortiguador
significativo
Unidad 6. Equilibrio Químico
Competencia
Específica
a
Actividades de Aprendizaje
Desarrollar
Analizar los conceptos aprendidos y
• Definir los siguientes conceptos o
realizar
prácticas
comunes
del
relacionarlos
correctamente
con
su
laboratorio químico característico de la
significado: Cinética Química, Equilibrio
Ingeniería petrolera.
Químico, Ley de Acción de las Masas,
Principio de LeChatelier, electrolito fuerte,
electrolito débil, fuerza iónica, ácido y base
según Brönsted y Lowry, pH, pOH, ácido
fuerte, ácido débil, base fuerte, base débil.
Resolver problemas de Equilibrio Químico
usando constantes de equilibrio, balance
de masas, balance de cargas, condiciones
protónicas.
• Resolver problemas que ilustren las
reacciones sujetas a la condición de
equilibrio químico, tales como: Cálculo de
las concentraciones de las especies
químicas (condición inicial y en equilibrio).
• Análisis del efecto de los cambios de
concentración sobre el equilibrio químico
(aplicación del principio de LeChatelier).
Unidad 7. Termoquímica
Competencia
Específica
a
Actividades de Aprendizaje
Desarrollar
Aplicar los conocimientos para la • Calcular los calores de reacción, formación y
resolución de casos prácticos.
solución.
• Realizar casos prácticos para el calculo de
Entalpías.
• Realizar cálculos de calorimetría.
Unidad 8. Electroquímica
Competencia
Específica
a
Actividades de Aprendizaje
Desarrollar
Aplicar los conceptos para explicar el
• Explicar el funcionamiento de una celda
origen
de
corrosión
y
el
voltaica y una celda electrolítica.
funcionamiento de la celdas
• Explicar el proceso de corrosión.
• Identificar los tipos de baterías y su
aplicación en un proceso electroquímico.
11.- FUENTES DE INFORMACIÓN
Bibliografía Básica
• BEYER, L. y FERNÁNDEZ-HERRERO, V “Química Inorgánica” Editorial Ariel
Ciencia, Barcelona, (2000)
• LEE, J.D., “Concise Inorganic Chemistry” Edición 5ª Editorial. Blackwell Scientific
Ltd., Londres (1998).
• HOUSECROFT, C.E. y SHARPE, A.G., “Inorganic Chemistry” Edición 2ª, Editorial.
Pearson Higher Education, Harlow, (2005).
• RAYNER-CANHAM, G., “Química Inorgánica Descriptiva” Edición 2ª, Editorial
Pearson Educación, México (2000).
Bibliografía de Consulta Específica
1.-COTTON, F.A.”Advanced Inorganic Chemistry” Edición 6ª, Editorial. John
Wiley & Sons, Nueva York, (1999)
2.-COTTON, F.A. y WILKINSON, G. “Química Inorgánica Avanzada” (Traducido
por GARCÍA, C.A.), Edición 4ª, Editorial. Limusa, México (1986).
3.-GREENWOOD, N.N. y EARNSHAW, A. “Chemistry of the Elements”, Edición 2ª, Editorial
Butterworth-Heinemann, Oxford, (1997).
4.- RODGERS, G.E. ”Introduction to Coordination, Solid State and Descriptive
Inorganic Chemistry” Editorial McGraw-Hill, Nueva York (1994).
5.-Química Inorgánica: Introducción a la Química de Coordinación, del Estado
Sólido y Descriptiva, (Traducción M. Vallet), Editorial McGraw-Hill, Madrid (1995).
6.-SHRIVER, D.F. y ATKINS, P.W. ”Inorganic Chemistry (con CD-ROM), Edición 3ª, Editorial
W.H. Freeman, Nueva Cork (1999).
7.-SHRIVER, D.F., ATKINS, P.W. y C.H. LANGFORD, “Química Inorgánica,
(Traducción por G. López-López), Edición 2ª, Editorial Reverté, Barcelona (1998).
12.- PRÁCTICAS PROPUESTAS
• Identificar metales por medio de su espectro visible.
• Aplicar el Principio de De Broglie en problemas propuestos para determinar
longitudes de onda.
• Identificar los tipos de enlace presentes en diversas sustancias
• Identificar propiedades físicas y químicas de metales alcalinos, alcalinotérreos y
metales de transición.
• Construir estructuras geométricas con palillos y esferas de unicel, plastilina, etc.
• Llevar a cabo reacciones de precipitación, acido – base y de oxidación – reducción.
• Llevar a cabo diversas reacciones en laboratorio con la finalidad de determinar los
factores que influyen en el equilibrio de una reacción.