5.4. Química I (Obligatorio)

5.4. Química I (Obligatorio)

  • Semestre: 1er Sem. Créditos: 5
  • Horas del curso: Teoría: 4 horas; Laboratorio: 2 horas;
  • Sílabo:

    Español
    English
    - htmlonly
  • Prerrequisitos: Ninguno
Figura 5.4: Mapa de Conexión. BCH101 Química I

5.4.1. Justificación ↑ Volver arriba

La química proporciona la base para comprender la composición, estructura y propiedades de la materia – conocimiento requerido en los programas de computación e ingeniería por igual, como parte de una sólida formación en ciencias naturales. Este curso introduce los principios básicos de la química general y los extiende al equilibrio químico y la electroquímica, junto con la química aplicada del agua, los polímeros y el cemento, temas que reaparecen en la ciencia de materiales, el análisis ambiental y la práctica de la ingeniería.

5.4.2. Objetivos Generales ↑ Volver arriba

  1. Comprender la estructura de la materia a nivel atómico y molecular.
  2. Aplicar los principios de estequiometría para realizar cálculos químicos.
  3. Comprender los diferentes tipos de enlaces químicos y su influencia en las propiedades de las sustancias.
  4. Aplicar el equilibrio químico, incluidos los equilibrios ácido-base y de solubilidad, para predecir el comportamiento de los sistemas acuosos.
  5. Aplicar principios electroquímicos para analizar la corrosión de metales y del concreto armado.
  6. Relacionar la composición y propiedades del agua, los polímeros y el cemento con sus aplicaciones en la ciencia de materiales y en la ingeniería civil.

5.4.3. Contribución a los resultados (Outcomes) ↑ Volver arriba

AG-C07) Conocimientos de Computación: Aplica conocimientos de matemáticas, ciencias y computación. (Familiarity)

5.4.4. Contenido ↑ Volver arriba

5.4.4.1. Materia y Energía (8 horas) [Habilidades AG-C07] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Brown et al., 2017; Chang and Goldsby, 2016)

Temas

  1. Clasificación de la materia: elementos, compuestos, mezclas homogéneas y heterogéneas
  2. Propiedades físicas y químicas, y cambios físicos y químicos de la materia
  3. Sistema Internacional de unidades, cifras significativas y análisis dimensional
  4. Formas de energía, calor y temperatura; ley de conservación de la masa y la energía
  5. El método científico aplicado a la química: observación, hipótesis y experimentación

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

  1. Clasificar una muestra de materia como elemento, compuesto o mezcla, y distinguir mezclas homogéneas de heterogéneas [Familiarizarse]
  2. Aplicar el análisis dimensional y las reglas de cifras significativas en cálculos de mediciones químicas [Usar]
  3. Relacionar los cambios de energía observados con procesos físicos y químicos específicos, aplicando la ley de conservación de la energía [Evaluar]
5.4.4.2. Estructura Atómica (10 horas) [Habilidades AG-C07] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Brown et al., 2017; Chang and Goldsby, 2016)

Temas

  1. Evolución histórica del modelo atómico: Dalton, Thomson, Rutherford y Bohr
  2. Partículas subatómicas, número atómico, número de masa e isótopos
  3. Configuración electrónica, números cuánticos y el principio de Aufbau
  4. Organización de la tabla periódica: grupos, periodos y bloques
  5. Tendencias periódicas: radio atómico, energía de ionización, afinidad electrónica y electronegatividad

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

  1. Describir la evolución histórica del modelo atómico y las contribuciones de cada modelo a la comprensión actual del átomo [Familiarizarse]
  2. Determinar la configuración electrónica de un átomo o ion a partir de su posición en la tabla periódica [Usar]
  3. Predecir tendencias periódicas (radio atómico, energía de ionización) para comparar dos o más elementos [Evaluar]
5.4.4.3. Enlace Químico (10 horas) [Habilidades AG-C07] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Brown et al., 2017; Chang and Goldsby, 2016)

Temas

  1. Enlace iónico: formación, energía reticular y propiedades de los compuestos iónicos
  2. Enlace covalente, estructuras de Lewis y el concepto de resonancia
  3. Geometría molecular mediante la teoría de repulsión de pares de electrones de valencia (RPECV)
  4. Electronegatividad, polaridad de enlaces y polaridad molecular
  5. Fuerzas intermoleculares: dipolo-dipolo, puente de hidrógeno y fuerzas de dispersión de London

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

  1. Dibujar estructuras de Lewis correctas, incluyendo casos de resonancia, para moléculas e iones poliatómicos [Usar]
  2. Predecir la geometría molecular y la polaridad de una molécula aplicando la teoría RPECV [Usar]
  3. Relacionar el tipo de fuerza intermolecular presente en una sustancia con sus propiedades físicas observadas (punto de ebullición, solubilidad) [Evaluar]
5.4.4.4. Estequiometría (10 horas) [Habilidades AG-C07] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Brown et al., 2017; Chang and Goldsby, 2016)

Temas

  1. Fórmulas químicas, masa molar y el concepto de mol
  2. Balanceo de ecuaciones químicas y su interpretación cuantitativa
  3. Cálculos estequiométricos mol-mol, masa-masa y masa-mol
  4. Reactivo limitante, reactivo en exceso y rendimiento porcentual
  5. Molaridad, preparación de disoluciones y estequiometría de disoluciones

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

  1. Balancear ecuaciones químicas por el método de tanteo, verificando la conservación de la masa [Familiarizarse]
  2. Calcular las cantidades de reactivos y productos en una reacción química usando relaciones molares [Usar]
  3. Determinar el reactivo limitante y el rendimiento porcentual de una reacción a partir de datos experimentales [Evaluar]
5.4.4.5. Estados de la Materia (10 horas) [Habilidades AG-C07] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Brown et al., 2017; Chang and Goldsby, 2016)

Temas

  1. Leyes de los gases: Boyle, Charles, Avogadro y la ecuación del gas ideal
  2. Teoría cinético-molecular de los gases y sus aplicaciones
  3. Cambios de fase, curvas de calentamiento y diagramas de fase
  4. Sólidos cristalinos y amorfos; tipos de sólidos cristalinos
  5. Propiedades coligativas de las disoluciones: disminución de la presión de vapor, elevación ebulloscópica, descenso crioscópico y presión osmótica

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

  1. Aplicar la ecuación del gas ideal y las leyes de los gases para resolver problemas de presión, volumen y temperatura [Usar]
  2. Interpretar un diagrama de fase para identificar los estados y transiciones de una sustancia a distintas condiciones [Familiarizarse]
  3. Calcular las propiedades coligativas de una disolución (presión de vapor, punto de ebullición, punto de congelación) a partir de su concentración [Evaluar]
5.4.4.6. Química Ambiental y del Agua (4 horas) [Habilidades AG-C07] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Brown et al., 2017; Chang and Goldsby, 2016)

Temas

  1. Composición química del agua natural y parámetros de calidad (pH, dureza, oxígeno disuelto, DBO)
  2. Fundamentos de tratamiento de agua: coagulación, floculación y desinfección
  3. Principales contaminantes del aire y del agua y sus fuentes
  4. Ciclos biogeoquímicos del carbono, nitrógeno y fósforo
  5. Química atmosférica y el efecto invernadero

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

  1. Interpretar parámetros de calidad del agua para evaluar su aptitud de uso [Usar]
  2. Describir los procesos básicos de tratamiento de agua potable y residual [Familiarizarse]
  3. Identificar las principales fuentes y efectos de los contaminantes del aire y del agua [Familiarizarse]
  4. Explicar el mecanismo químico del efecto invernadero [Usar]
5.4.4.7. Polímeros y Geosintéticos (4 horas) [Habilidades AG-C07] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Chang and Goldsby, 2016; Mamlouk and Zaniewski, 2017)

Temas

  1. Clasificación de polímeros: termoplásticos, termoestables y elastómeros
  2. Reacciones de polimerización: adición y condensación
  3. Propiedades mecánicas y químicas de los polímeros relevantes para ingeniería
  4. Geosintéticos: geotextiles, geomembranas y geomallas, y sus aplicaciones
  5. Degradación y durabilidad de polímeros en condiciones ambientales

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

  1. Clasificar un polímero según su estructura y comportamiento térmico [Usar]
  2. Identificar si una reacción de polimerización es por adición o por condensación [Familiarizarse]
  3. Seleccionar el tipo de geosintético adecuado según la aplicación de ingeniería civil requerida [Usar]
  4. Evaluar la durabilidad de un polímero frente a la exposición ambiental [Evaluar]
5.4.4.8. Equilibrio Químico (4 horas) [Habilidades AG-C07] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Brown et al., 2017; Chang and Goldsby, 2016)

Temas

  1. La constante de equilibrio \(K_c\) y \(K_p\), y su relación con la estequiometría de la reacción
  2. El cociente de reacción \(Q\) y la predicción del sentido de una reacción
  3. Principio de Le Chatelier: efecto de la concentración, la presión y la temperatura
  4. Tablas ICE para el cálculo de concentraciones en el equilibrio

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

  1. Escribir la expresión de la constante de equilibrio para una reacción dada [Usar]
  2. Calcular concentraciones en el equilibrio usando tablas ICE [Usar]
  3. Predecir el desplazamiento de un equilibrio ante cambios de concentración, presión o temperatura usando el principio de Le Chatelier [Evaluar]
5.4.4.9. Equilibrio Iónico e Hidrólisis de Sales (12 horas) [Habilidades AG-C07] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Brown et al., 2017; Chang and Goldsby, 2016)

Temas

  1. Teorías ácido-base de Arrhenius, Brønsted-Lowry y Lewis
  2. Cálculo de pH y pOH para ácidos y bases fuertes
  3. Equilibrio de ácidos y bases débiles: \(K_a\), \(K_b\) y grado de disociación
  4. Hidrólisis de sales y predicción del carácter ácido, básico o neutro de una disolución
  5. Disoluciones amortiguadoras (buffer) y la ecuación de Henderson-Hasselbalch

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

  1. Calcular el pH de disoluciones de ácidos y bases fuertes y débiles [Usar]
  2. Predecir el carácter ácido-base de una disolución de una sal a partir de la hidrólisis de sus iones [Evaluar]
  3. Calcular el pH de una disolución amortiguadora usando la ecuación de Henderson-Hasselbalch [Usar]
5.4.4.10. Sales, Solubilidad y Equilibrios de Precipitación (6 horas) [Habilidades AG-C07] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Brown et al., 2017; Chang and Goldsby, 2016)

Temas

  1. El producto de solubilidad \(K_{sp}\) y su relación con la solubilidad molar
  2. Predicción de precipitación mediante la comparación del cociente de solubilidad con \(K_{sp}\)
  3. Efecto del ion común sobre la solubilidad

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

  1. Calcular \(K_{sp}\) a partir de la solubilidad molar de una sal, y viceversa [Usar]
  2. Predecir si se formará un precipitado al mezclar dos disoluciones dadas sus concentraciones y el \(K_{sp}\) correspondiente [Evaluar]
5.4.4.11. Electroquímica y Electrólisis (8 horas) [Habilidades AG-C07] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Brown et al., 2017; Chang and Goldsby, 2016)

Temas

  1. Reacciones de oxidación-reducción y balanceo por el método del ion-electrón
  2. Celdas galvánicas, potenciales estándar de electrodo y la ecuación de Nernst
  3. Celdas electrolíticas y electrólisis; leyes de Faraday
  4. Corrosión electroquímica de metales y métodos de protección
  5. Corrosión del acero de refuerzo en concreto armado

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

  1. Balancear ecuaciones redox por el método del ion-electrón en medio ácido o básico [Usar]
  2. Calcular el potencial de una celda galvánica y predecir la espontaneidad de una reacción redox [Usar]
  3. Aplicar las leyes de Faraday para calcular la masa depositada o el tiempo en un proceso de electrólisis [Usar]
  4. Analizar las condiciones que favorecen la corrosión de un metal o del acero de refuerzo en concreto, y proponer métodos de protección [Evaluar]
5.4.4.12. Química del Cemento (4 horas) [Habilidades AG-C07] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Mamlouk and Zaniewski, 2017; Chang and Goldsby, 2016)

Temas

  1. Composición química del cemento Portland: silicatos, aluminatos y ferroaluminatos de calcio
  2. Reacciones de hidratación del cemento y desarrollo de resistencia
  3. Rol de cada compuesto (\(C_3S\), \(C_2S\), \(C_3A\), \(C_4AF\)) en las propiedades del cemento
  4. Materiales cementantes suplementarios: puzolanas, escoria y cenizas volantes

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

  1. Describir la composición química del cemento Portland y sus principales compuestos [Familiarizarse]
  2. Explicar el proceso de hidratación del cemento y su relación con el desarrollo de resistencia [Usar]
  3. Evaluar el efecto de materiales cementantes suplementarios sobre las propiedades del concreto [Evaluar]

5.4.5. Referencias Bibliográficas ↑ Volver arriba

Brown, T. L., Jr., H. E. L., Bursten, B. E., Murphy, C. J., and Woodward, P. M. (2017). Chemistry: The Central Science. Pearson.

Chang, R. and Goldsby, K. A. (2016). Chemistry. McGraw-Hill Education.

Mamlouk, M. S. and Zaniewski, J. P. (2017). Materials for Civil and Construction Engineers. Pearson, 4th edition.

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