GUÍA DEL ALUMNO DE LA ASIGNATURA QUIMICA DE

GUÍA DEL ALUMNO DE LA ASIGNATURA QUIMICA DE COMBUSTIBLES
Y POLIMEROS( 2008-2009)
INGENIERO DE MINAS. PLAN 1996
ASIGNATURA: QUÍMICA DE COMBUSTIBLES Y POLÍMEROS
DEPARTAMENTO: Ingeniería Química y Combustibles
PROFESORES: Mª del Carmen Clemente Jul
MAESTRO DE LABORATORIO: Gonzalo Alvarez de Diego
COORDINADORA: Mª del Carmen Clemente Jul
SEGUNDO CICLO
Curso: 3º
Cuatrimestre: 2º
Créditos totales: 4,5
Teóricos: 1,8
Prácticos: 2,7
Troncal
X Optativa
Obligatoria
Libre elección
A) OBJETIVOS GENERALES:
• Comprender la reactividad de los hidrocarburos a partir de las estructuras
electrónicas, de los efectos que influyen en la movilidad electrónica y de los efectos
espaciales.
• Aplicar los principales mecanismos de las reacciones orgánicas a los procesos de
conversión del carbón, petróleo y gas.
• Aplicar los fundamentos, técnicas y métodos de la química de polímeros en
ingeniería.
B) ESQUEMA DE CONTENIDOS Y ACTIVIDADES:
Créditos
Teóricos Práctico
1. REACTIVIDAD DE HIDROCARBUROS PARAFÍNICOS,
OLEFINICOS Y ACETILÉNICOS.
Estructuras electrónicas de hidrocarburos. Efectos de desplazamiento
electrónico y estéricos. Los intermedios transitorios . Mecanismos SN,
EN, AR, AE
Resolución de ejercicios en aula: 0,1 cred.
Prácticas de laboratorio: 0,3 cred.
2. REACTIVIDAD DE COMPUESTOS AROMÁTICOS
Estructuras electrónicas aromáticas.
Mecanismos SE.
Reacciones de nitración, sulfonación y alquilación
0,3
0,4
0,2
Resolución de ejercicios en aula: 0,1 cred.
Prácticas de laboratorio: 0,4 cred.
3. QUÍMICA DEL CARBÓN, PETRÓLEO Y GAS
Reacciones químicas del carbón.
Reacciones de craqueo y reformado del petróleo.
Reacciones químicas del gas
Resolución de ejercicios en aula: 0,1 cred.
Prácticas externas: 0,4 cred.
0,5
0,3
0,5
4. QUÍMICA DE LOS POLÍMEROS
Estructura y propiedades de los polímeros.
Morfología, los estados límites condensados y solubilidad de los
polímeros
Peso molecular de los polímeros
Resolución de ejercicios en aula: 0,1 cred.
5. PROCESOS DE POLIMERIZACIÓN
Mecanismos de polimerización por crecimiento de cadena.
Reacciones de polimerización con la estereoquímica controlada.
Polimerización de crecimiento por etapas
0,3
0,1
0,2
Resolución de ejercicios en aula: 0,1 cred.
Prácticas de laboratorio: 0,2 cred.
6. IDENTIFICACIÓN Y REACTIVIDAD DE POLÍMEROS
Caracterización de polímeros. Reacciones de polímeros.
Degradación de polímeros
Resolución de ejercicios en aula: 0,1cred.
7. POLÍMEROS EN LA INDUSTRIA
Plásticos en la industria
Tipos de fibras
Cauchos sintéticos
Resolución de ejercicios en aula: 0,2 cred.
Prácticas externas: 0,3 cred.
Actividades de evaluación
0,3
0,1
0,1
0,3
0,5
0,3
C) BIBLIOGRAFÍA
BÁSICA
•
CLEMENTE, C., LLORENTE, E. y ALCÁNTARA, R. Química de Combustibles y
Polímeros. Fundación Gómez-Pardo, Madrid, 2001.
•
EGE,S. Química Orgánica: Estructura y Reactividad. Tomos I y II. Reverté,
Barcelona, 1998.
•
MEISLICH, H. Química Orgánica. Mc Graw Hill, Bogotá, 2001
•
SEYMOUR, R. y CARRAHER, C. Introducción a la Química de los Polímeros.
Reverté, Barcelona, 1998.
•
WITTCOFF, H y REUBEN, B. Productos Químicos Orgánicos Industriales. Tomos
I y II. Noriega-Limusa, Mexico D.F., 1991.
COMPLEMENTARIA
•
•
•
•
•
EBEWELE, R., Polymer Science and Technology. CRC Press, Nueva York, 2000.
GROUTAS, W.C. Organic Reaction Mechanisms. Wiley, Nueva York, 2000.
KROSCHWITZ, J. Polymers: An encyclopedic Sourcebook of Engineering
Properties. Wiley, Nueva York, 1987
LOWRY, T. and SCHUELLER, K. Mechanism and Theory in Organic Chemistry.
Harper, Nueva York ,1987.
WEISSERMEL, K. y ARPE, H.J., Industrial Organic Chemistry. VCH, Weinheim,
Alemania, 1997
D) PRÁCTICAS DE LABORATORIO Y EXTERNAS
PRACTICAS DE LABORATORIO
LUGAR DE REALIZACIÓN: Laboratorio de Química de Combustibles y
Polímeros: Planta 3ª del Edificio M-2 (anexo al aula 33).
Practica nº 1: Reacciones de eliminación y adición: Síntesis de ciclohexeno y de 1,2,
dibromociclohexano.
Lunes 09 de marzo del 2009 (a partir de las 16 h)
LUGAR DE REALIZACIÓN: Laboratorio de Ingeniería
Química y Combustibles 3º Piso. Edificio Minas 2
Práctica nº 2: Reacciones de sustitución en compuestos aromáticos. Síntesis de los o y
p nitrofenoles y del trinitrofenol.
Lunes 23 de marzo del 2009 (a partir de las 16 h).
LUGAR DE REALIZACIÓN: Laboratorio de Ingeniería
Química y Combustibles 3º Piso. Edificio Minas 2
Práctica nº 3: Polimerización del estireno:
Síntesis y moldeo del poliestireno
Lunes 11 de Mayo del 2009( a partir de las 16h)
LUGAR DE REALIZACIÓN: Laboratorio de Ingeniería
Química y Combustibles 3º Piso. Edificio Minas 2
PRACTICAS EXTERNAS
Práctica nº 4: Los principales procesos de conversión en la Industria del Petróleo
Lunes 20de abril del 2009(de 10-13h)
LUGAR DE REALIZACIÓN: Repsol Petroleo. Puertollano
Práctica nº 5: Los principales procesos de polimerización (de15-18h)
Lunes 20 de abril del 2009
LUGAR DE REALIZACIÓN: Repsol Química. Puertollano
E) PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN:
1.-
El contenido de la Asignatura de QUÍMICA DE COMBUSTIBLES Y
POLÍMEROS se divide en cuatro partes: TEORÍA, PROBLEMAS
,PRACTICAS DE LABORATORIO y PRACTICAS EXTERNAS..
2.-
Para obtener el Aprobado de la Asignatura es indispensable tener
aprobadas las prácticas de laboratorio.
3.-
Las prácticas de laboratorio son TODAS obligatorias y se podrán aprobar
por curso. Las prácticas, en la mayoría de los casos, serán calificadas sobre
la base de dos criterios:
1. Destreza en el laboratorio y resultados obtenidos.
2. Prueba realizada al final de la práctica.
La media ponderada de estas dos notas dará la calificación de la práctica.
La nota global será la media de las siete prácticas. La nota global de
Laboratorio contará un 20% en la nota final del curso.
Finalizado el periodo previsto de prácticas, aquellos alumnos que hayan
faltado justificadamente a alguna/s de ellas podrán recuperarlas en un
posterior turno de recuperación. Para los alumnos que recuperen una
práctica sin justificar la nota máxima a obtener en esa práctica será de 5.
Los alumnos que habiendo realizado todas las prácticas, en este curso o
en cursos anteriores, no las hayan superado, deberán realizar un examen
teórico de todas las prácticas cuya fecha se anunciará oportunamente. La
nota global máxima a alcanzar por los alumnos que realicen examen final
será de apto (5,0).
El aprobado en el laboratorio será válido para todos los cursos en que el
alumno curse la asignatura, durante la vigencia del presente Plan de
Estudios 1996.
4.-
Durante el desarrollo del curso los alumnos realizarán un portafolio sobre
las prácticas externas de los principales procesos de conversión y
polimerización en la Industria del Petróleo que contará un 10 % en la
nota final del curso.
5.-
Durante el desarrollo del curso se realizará dos pruebas de teoría y problemas:
1er ejercicio de evaluación continuada: Lunes 30 de marzo de 12,40 a 13,30h
2º ejercicio de evaluación continuada: Lunes 1 de junio de 12,40 a 13,30h
La media aritmética de estas pruebas contará un 70 % en la nota final del curso.
El aprobado de teoría y problemas, indivisible, se podrá obtener en el examen
ordinario fijado por la Subdirección de Ordenación Académica para el 16
de junio de 2009. En caso de no obtener el aprobado en el examen
ordinario, se podrá obtener el aprobado en los exámenes extraordinarios
fijados por la Subdirección de Ordenación Académica para el 11 de
septiembre de 2009 y el 10 de diciembre de 2008 (esta última fecha se
fijará en el mes de julio y es sólo para alumnos repetidores).
F)TUTORIAS
6.-
PROFESOR
Mª
del
Carmen
Clemente
Jul
DESPACHO
[email protected]
LUNES
421 (M3)
MARTES
9:3012:30
MIERCOLES
JUEVES
9:3011:30
E) PAGINA WEB Y CLAVE DE LA ASIGNATURA
En el plazo de una semana desde el día de comienzo de las clases, todos los alumnos
deberán subir su fotografía y datos personales a la plataforma de teleenseñanza Moodle.
Para poder utilizarla el alumno debe darse de alta con su correo electrónico institucional
(upm.es).El cumplimiento de este tramite es obligatorio para poder aprobar la asignatura
por evaluación continúa y ser admitido en el laboratorio.
9:3010:30
QUÍMICA DE COMBUSTIBLES Y POLÍMEROS: PROGRAMA
a) OBJETIVOS Y CONTENIDOS
BLOQUE 1: Reactividad de hidrocarburos parafínicos, olefínicos y acetilénicos.
Objetivos específicos:
1.1.
Representar estructuras electrónicas de hidrocarburos con enlaces localizados y
enlaces deslocalizados.
1.2.
Aplicar los efectos de desplazamiento electrónico y estéricos en la estabilidad y
reactividad de los hidrocarburos.
1.3.
Ordenar la estabilidad de los intermedios de reacción: carbocationes,
carboaniones y radicales libres.
1.4.
Desarrollar los principales mecanismos de sustitución, eliminación y adición.
Contenidos:
1.1.
Estructuras electrónicas de los hidrocarburos
• Estructuras electrónicas localizadas con hibridación sp3, sp2 y sp.
• Estructuras deslocalizadas de enlaces múltiples conjugados.
• Parámetros moleculares: distancias, ángulos y energías de enlace.
1.2.
Efectos de desplazamiento electrónico y estéricos
• Efectos inductivo y de campo
• Efecto resonante
• Efecto de hiperconjugación
• Efecto estérico
1.3.
Los intermedios transitorios
• Heterólisis y homólisis
• Estructura y estabilidad de carbocationes y carboniones
• Estructura y estabilidad de radicales libres
1.4.
Mecanismos de sustitución nucleofílica y de eliminación
• Mecanismos SN1 y SN2
• Mecanismos E1 y E2
• La deshidratación catalítica de alcoholes: Síntesis de olefinas
1.5.
Mecanismos de adición
• Adición radicalar y adición electrofílica
• Hidrogenación catalítica de olefinas y acetilénicos
• Hidratación catalítica de olefinas y acetilénicos
• Alquilación: reacción de los carbocationes con olefinas
BLOQUE 2: Reactividad de compuestos aromáticos
Objetivos específicos
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
Representar estructuras electrónicas deslocalizadas
Aplicar los efectos de desplazamiento electrónico y estéricos en la reactividad de
los compuestos aromáticos
Desarrollar mecanismos de nitración, sulfonación y alquilación
Orientar la SE en la producción de mayor rendimiento
Comparar los efectos de activación y desactivación en la cinética de la SE.
Contenidos
2.1.
Estructuras electrónicas aromáticas
• Estructuras de Kekulé
• Estructuras deslocalizadas
• Estabilización por resonancia
2.2.
Mecanismo de sustitución electrofílica, SE
• Efectos de los sustituyentes con carácter nucleofílico y electrofílico
• Efectos de los grupos alquilo
2.3.
Reacciones de nitración de compuestos aromáticos
• Nitración del benceno
• Síntesis del TNF
• Síntesis del TNT
2.4.
Reacciones de sulfonación de compuestos aromáticos
• Sulfonación. El SO3 como electrofílico
• Química de los ácidos sulfónicos y sus derivados
2.5.
Reacciones de alquilación
• Alquilaciones a partir de derivados halogenados y ácidos de Lewis
• Alquilaciones a partir de alcoholes en medio ácido
• Alquilaciones a partir de olefinas y ácidos protónicos y de Lewis.
BLOQUE 3: Química del carbón, petróleo y gas
Objetivos específicos
3.1.
Relacionar la oxidación del carbón con las variaciones de los compuestos de
azufre inorgánicos y orgánicos y de los compuestos de nitrógeno.
3.2.
Aplicar la hidrogenación del carbón en la conversión a productos líquidos.
3.3
Diferenciar las reacciones de alquilación del carbón.
3.4.
Aplicar los mecanismos generales de los procesos de craqueo térmico y craqueo
catalítico del petróleo a la producción de olefinas.
3.5.
Orientar el mecanismo del reformado catalítico del petróleo a la producción de
aromáticos.
3.6.
Analizar la influencia de las reacciones de craqueo y reformado catalítico del
petróleo en la mejora de la calidad del combustible.
3.7.
Aplicar las reacciones de reformado catalítico en la conversión de gas natural a
gas de síntesis.
3.8.
Diferenciar las reacciones de obtención con los principales componentes del gas
de síntesis.
Contenidos
3.1.
Reacciones químicas del carbón
• Reacciones con oxigeno o aire
• Reacciones con oxidantes
• Reacciones de hidrogenación
• Reacciones de alquilación
3.2.
Reacciones químicas del petróleo
• Reacciones homolíticas de craqueo
• Reacciones heterolíticas de craqueo
• Reacciones del reformado catalítico
3.3.
Reacciones químicas del gas
• Reacciones de reformado catalítico
• Reacciones de síntesis con monóxido de carbono
• Reacciones de síntesis con hidrógeno
BLOQUE 4: Química de los polímeros
Objetivos específicos
4.1.
Clasificar tecnológicamente los principales grupos de polímeros
4.2.
Determinar la longitud de contorno y el número de unidades estructurales de una
cadena polimérica.
4.3.
Diferenciar las fuerzas intermoleculares en las estructuras poliméricas.
4.4. Calcular la distribuciones medias de pesos macromoleculares Mn, Mv, Mw , y M z
Contenidos
4.1.
Estructura y propiedades de los polímeros
• Poliolefinas
• Polienos
• Policondensados
• Homopolímeros
• Copolímeros
4.2.
Morfología, los estados límites condensados y solubilidad de los polímeros
• Estereoquímica de los polímeros
• Interacciones macromoleculares
• Los estados límites condensados de los polímeros
• Temperaturas de fusión y de transición vítrea
• Solubilidad
4.3.
Peso molecular de los polímeros
• Distribución de pesos moleculares
• Peso molecular promedio numérico
• Peso molecular promedio másico
BLOQUE 5: Procesos de polimerización
Objetivos específicos
5.1.
Aplicar el mecanismo de poliadición radicalar a la síntesis de homopolímeros y
copolímeros.
5.2.
Comparar los mecanismos de poliadición aniónica y catiónica.
5.3.
Aplicar la polimerización por condensación a la síntesis de poliamidas,
poliesteres, poliuretanos, policarbonatos y resinas de fenol-formaldehido .
5.4.
Aplicar la polimerización de estereoquímica controlada a la síntesis de los
polímeros.
Contenidos
5.1.
Mecanismos de polimerización por crecimiento de cadena
• Reacciones radicalares
• Reacciones catiónicas
• Reacciones aniónicas
5.2.
Reacciones de polimerización con la estereoquímica controlada
• Regularidad estereoquímica en las estructuras poliméricas.
• Catálisis heterogénea. Catalizadores de Ziegler y Natta.
5.3.
Polimerización de crecimiento por etapas
• Poliamidas y poliesteres
• Poliuretanos
• Policarbonatos
• Polímeros producidos por reacciones de condensación del formaldehido
5.4.
Reacciones de polimerización en la preparación de cauchos sintéticos
BLOQUE 6: Identificación y reactividad de polímeros
Objetivos específicos
6.1.
Aplicar los métodos espectroscópicos de absorción molecular a la identificación
de polímeros.
6.2.
Comparar las reacciones de hidrogenación, halogenación y reticulación de
homopolímeros y copolímeros.
6.3.
Formular las reacciones de los grupos pendientes de tipo aromático.
6.4.
Desarrollar los principales mecanismos de degradación polimérica.
Contenidos
6.1.
Caracterización de polímeros
• Métodos espectroscópicos de absorción molecular
• Espectroscopía infrarroja (IR)
6.2.
Reacciones de polímeros
• Reacciones con poliolefinas
• Reacciones de polienos
• Reacciones de grupos alifáticos
• Reacciones de grupos aromáticos
6.2.
Degradación de polímeros
• Degradación por vía física
• Degradación por vía química
BLOQUE 7: Polímeros en la industria
Objetivos específicos
7.1.
Comparar las aplicaciones de termoplásticos y termoendurecibles
7.2.
Comparar las aplicaciones de los diferentes tipos de fibras.
7.3. Formular y aplicar los principales cauchos de uso industrial
Contenidos
7.1.
Plásticos en la industria
• Polietileno de alta densidad (HDPE)
• Polipropileno
• Poliestirenos y sus copolímeros
• Polimetacrilato de metilo
• Policloruro de vinilo
7.2.
Fibras en la industria
• Fibras de nylon
• Fibras de poliester
• Fibras acrílicas
7.3.
Cauchos sintéticos
• Caucho de estireno-butadieno
• Caucho de polibutadieno
• Caucho de poliisopreno
• Caucho butílico
• Caucho de neopreno