Q00001. QUIMICA INORGANICA AVANZADA .
(3-0-8. Requisitos: No tiene. 2 LCQ).
Equivalencia: No hay equivalencia.
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SISTEMA ITESM
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Q00001. QUIMICA INORGANICA AVANZADA .
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OBJETIVO GENERAL DE LA MATERIA
Discutir las propiedades de los elementos y de los compuestos. Entender y poder aplicar las bases de las estructuras iónicas y covalentes para la determinación de las propiedades. Conocer la transformaciones químicas y físicas de los compuestos y entender el papel de las variables termodinámicas en sistemas dinámicos o al equilibrio. Revisar las propiedades de las soluciones y su aplicación a los fenómenos que suceden sobre electrodos en celdas electroquímicas. Aplicar dichos conocimientos para construcción de sistemas de generación y almacenamiento de energía eléctrica.
TEMAS Y SUBTEMAS DEL CURSO
1. Química descriptiva de los elementos y compuestos
1.1 Propiedades periódicas de los elementos.
1.2 El hidrógeno y los hidruros
1.3 El oxígeno, el agua, óxidos, ácidos e hidróxidos
1.4 Los metales alcalinos y alcalino-térreos
1.5 Los metales de post-transición
1.6 Los no metales: familia del carbono, pnicogénos, calcogéneos y halogéneos.
1.7 Los gases nobles
1.8 Los metales de transición "d"
1.9 Los lantánidos, actinidos y transactinidos
2. Estructuras Químicas
2.1 Cristalografía
2.2 Enlace
3. Cambios de estado y el equilibrio químico.
3.1 La dirección espontánea de una reacción química, el valor de la función de Gibbs.
3.2 Las ecuaciones del equilibrio químico: gases ideales y reales y reacciones en general.
3.3 El e fecto de la temperatura, concentración, presión y del catalizador sobre la constante de equilibrio químico.
3.4 Las funciones de Glauque.
3.5 El equilibrio en la extracción de metales a partir de sus óxidos y en la actividad biológica.
4. Disoluciones, iones y electrodos.
4.1 Diferentes tipos de disoluciones. Actividad de los iones en disolución y coeficiente de actividad.
4.2 La teoría de Debye-Hückel, el modelo, atmósfera iónica, densidad de carga, fuerza iónica y pruebas experimentales.
4.3 Los electrodos: potencial electroquímico y potencial interfacial.
4.4 El potencial eléctrico en la interfase.
4.5 Diferentes tipos de electrodos.
5. Pilas electroquímicas
5.1 Diferentes tipos de pilas electroquímicas, nomenclatura y mediciones.
5.2 La f.e.m. y los potenciales de electrodos, conversión de signos y la dependencia de la f.e.m. de la concentración.
5.3 Potencial estándar de electrodo, serie electroquímica, medición de potenciales y coeficientes de actividad.
5.4 Las funciones termodinámicas de las pilas electroquímicas y el efecto de la temperatura sobre f.e.m.
5.5 Aplicaciones de las mediciones de f.e.m., constantes de ionización y valoraciones potenciométricas.
OBJETIVOS ESPECIFICOS DE APRENDIZAJE POR TEMA
1. Química descriptiva de los elementos y compuestos.
1.1. Las propiedades periódicas de los elementos.
1.1.1 Discutir la contribución de Dimitri Mendelev en la formulación de la tabla periódica de los elementos.
1.1.2 Calcular y racionalizar el valor de la carga nuclear efectiva.
1.1.3 Relacionar la carga nuclear efectiva con las propiedades periódicas como radio atómico, energía de ionización, afinidad electrónica y electronegatividad.
1.1.4 Definir el principio de inigualdad, efecto diagonal, efecto par y dar sus razones de ellas.
1.1.5 Localizar a los diferentes tipos de elementos en la tabla periódica y discutir las diferencias de sus propiedades.
1.2. El hidrógeno y los hidruros
1.2.1 Explicar la naturaleza de la teoría "big-bang"
1.2.2 Dar una breve explicación del orígen de los elementos.
1.2.3 Explicar la fuente de energía por reacciones nucleares.
1.2.4 Explicar las diferencias entre fisión y fusión nuclear.
1.2.5 Describir procesos del labortorio e industriales para obtener hidrógeno.
1.2.6 Describir similitudes y diferencias de propiedades entre los isótopos de hidrógeno.
1.2.7 Explicar el uso del deuterio en la elucidación de mecanismos de reacción.
1.2.8 Explicar el concepto de vida media y decaimiento radiactivo.
1.2.9 Describir los estados de oxidación del hidrógeno y su combinación con otros elementos.
1.2.10 Describir y dar ejemplos de hidruros no metálicos y metálicos, como sus usos.
1.2.11 Describir al hidrógeno como el energético del futuro.
1.3 El oxígeno, el agua, óxidos, ácidos e hidróxidos.
1.3.1 Explicar la importancia del oxígeno y su proceso histórico desde la antigüedad hasta la actualidad.
1.3.2 Describir los usos y propiedades más importantes del oxígeno.
1.3.3 Explicar la naturaleza y propiedades del agua: vapor, hielo, líquido y la nieve.
1.3.4 Describir la solubilidad de los compuestos iónicos en el agua líquida.
1.3.5 Describir y representar la autoinoización del agua.
1.3.6 Mostrar y explicar la distribución iónica, covalente polimérica y discreta molecular de los óxidos en la tabla periódica.
1.3.7 Explicar la acidez y basicidad de óxidos metálicos y no metálicos.
1.3.8 Determinar la fuerza ácida de los ácidos oxacidos y su relación con la tabla periódica.
1.3.9 Nombrar a los ácidos oxácidos y sus sales.
1.3.10 Describir, estudiar y representar al ozono y sus propiedades.
1.4 Los metales alcalinos y alcalinos terreos
1.4.1 Describir la historia y sus descubrimientos.
1.4.2 Racionalizar sus propiedades: radio atómico y iónico, energía de ionización, afinidad electrónica y electronegatividad.
1.4.3 Describir las propiedades de los elementos alcalinos y alcalinos térreos.
1.4.4 Describir las propiedades de sus hidruros, oxidos, hidróxidos, haluros.
1.4.5 Definir y usar los conceptos de oxidación, reducción, agente oxidante y reductor y potencial estándar de reducción.
1.4.6 Predecir la espontaneidad de las recciones redox.
1.4.7 Explicar los métodos de su obtención y usos más importantes.
1.4.8 Describrir los procesos industriales más importanes y las aplicaciones de sus derivados.
1.5. Los metales de post-transición.
1.5.1 Describir sus propiedades estructurales más importantes.
1.5.2 Conocer los métodos de la obtención de sus elementos y compuestos.
1.5.3 Describir la aplicación industrial de sus elementos y compuestos más importantes.
1.6 Los no metales.
1.6.1 Describir las historia del descubrimiento de los no metales.
1.6.2 Describir las propiedades estructurales más importantes y su relación con la tabla periódica.
1.6.3 Conocer los métodos de la obtención de sus elementos.
1.6.4 Identificar y explicar las propiedades de sus óxidos y ácidos oxiacidos e hidrácidos.
1.6.5 Describir los métodos industriales utilizados en la obtención de los ácidos más importantes: sulfúrico, nítrico, fosfórico, carbónico, perclórico y clorhídrico, como también el amoniaco.
1.6.6 describir las propiedades de sus sales más importantes y su aplicación industrial.
1.7 Los gases nobles
1.7.1 Describir la historia del descubrimiento de los gases raros.
1.7.2 Describir las propiedades estructurales de cada gas noble.
1.7.3 Explicar los métodos industriales para la obtención de los gases nobles.
1.7.4 Discutir las propiedades y preparación de fluoruros y óxidos del xenón y de otros gases nobles.
1.7.5 Explicar el uso de los gases nobles y el efecto del radón sobre la salud de los seres vivos.
1.8 Los metales de transición "d"
1.8.1 Describir la historia de su descubrimiento.
1.8.2 describir sus propiedades estructurales.
1.8.3 Explicar los métodos industriales de la obtención de sus elementos.
1.8.4 Indicar los compuestos más importantes de cada elemento.
1.8.5 Explicar el uso y aplicaciones de los metales y compuestos.
1.9 Los lantánidos, actínidos y transactínidos.
1.9.1 Describir la historia de su descubrimiento.
1.9.2 Explicar los métodos de purificación y síntesis de sus derivados.
1.9.3 Conocer las propiedades estructurales de sus elementos y correlación con la tabla periódica.
1.9.4 Describir sus compuestos más importantes.
1.9.5 Establecer los métodos de preparación de sus compuestos binarios y ternarios, complejos y organometálicos.
1.9.6 Resolver ejercicios y problemas relacionados al tema 3.
2. Estructura Química
2.1 Cristalografía
2.2 Enlaces
3. Cambios de estado y el equilibrio químico.
3.1 Deducir la condición del equilibrio químico a partir de la función de Gibbs y definir los términos exergónica y endergónica y explicar su significado.
3.2 Definir cociente de reacción y constante de equilibrio de una reacción con relación a la función de Gibbs estándar.
3.3 Establecer el principio de Lechatelier y el efecto de la concentración, temperatura y presión sobre la composición en el equilibrio y explicar porque el catalizador no lo afecta.
3.4 Deducir las diferentes formas de expresar la constante de equilibrio: Kp, Kc, Kx, Ka y Kf.
3.5 Deducir y utilizar la isocara de Van't-Hoff para analizar la dependencia de la constante de equilibrio de la temperatura.
3.6 Deducir y utilizar una expresión para la constante de equilibrio a una temperatura cuando se conoce la de otra temperatura.
3.7 Definir y tuilizar la función de Giauque para calcular las constantes de equilibrio de reacciones a diferentes temperaturas.
3.8 Describir la construcción e interpretar un diagrama de Ellingham de extracción de metales de sus óxidos.
3.9 Definir el estado estándar biológico y relacionar los valores estándar biológicos con los valores estándar normales.
3.10 Resolver problemas relacionados con la unidad.
4. Disoluciones, iones y electrodos.
4.1 Definir actividad, coeficiente de actividad, coeficiente de acitividad medio de iones en disolución y escribir una expresión de sus potenciales químicos.
4.2 Describir la teoría de Debye - Hückel para disoluciones iónicas y explicar qué es la atmósfera iónica y el coeficiente de actividad.
4.3 Establecer qué es el potencial de Coulomb apantallado, fuerza iónica y la expresión de longitud de Debye.
4.4 Deducir y utilizar la ley de límite de Debye-Hückel para el coeficiente de actividad medio y justificar y escribir la ley extendida de Debye-Hückel.
4.5 Explicar los términos pila galvánica, pila electroquímica, cátodo y ánodo,así como escribir una expresión para el potencial electroquímico de un ión.
4.6 Deducir una expresión para la diferencia de potencial a través de una interfase en función de la diferencia de potencial estándar y de la actividad de los iones.
4.7 Describir la construcción de los diferentes tipos de electrodos y deducir las expresiones para establecer la diferencia de potencial.
4.8 Describir la formación de un potencial en la unión líquida entre electrodos.
4.9 Deducir y utilizar una expresión para establecer las diferencias de potencial a través de una membrana.
4.10 Resolver problemas relacionados con la unidad.
5. Pilas electroquímicas.
5.1 Describir la construcción de pilas electroquímicas con y sin unión líquida y explicar porqué el puente salino minimiza el potencial de la unión.
5.2 Definir qué es f.e.m. de una pila, sus reacciones, diseño y forma de medición de la f.e.m.
5.3 Deducir y utilizar la ecuación de Nernst para calcular la f.e.m. estándar y su relación con la constante de equilibrio de los diferentes tipos de reacciones y los coeficientes de actividad.
5.5 Definir potencial estándar de electrodo y su medición experimental, y el efecto de la temperatura y las funciones termodinámicas.
5.6 Explicar la convención para dar valores a la función de Gibbs estándar de formación y formular la ecuación de Born.
5.7 Describir la aplicación de la medición f.e.m. para utilizarla en la valoración potenciométrica y construir sus curvas de valoración.
5.8 Describir la medición del pH y definir el pKa de un ácido o base.
5.9 Explicar el fundamento electroquímico de la detección de indicadores ácido-base y el punto final. Soluciones de acción reguladora del pH y la ecuación de Henderson-Hasselbalch.
5.10 Resolver problemas relacionados con la unidad.
METODOLOGIA SUGERIDA Y ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE
Además de los exámanes obligatorios, 3 parciales y un final, se encargará un mínimo de 14 tareas y de 4 monografías de consulta bibliográfica sobre temas de actualidad.
TIEMPO ESTIMADO POR TEMA
Tres semanas por tema
POLITICAS DE EVALUACION SUGERIDAS
La calificación final será obtenida: de 50% de los exámenes parciales; 30% del examen final, 10% de las tareas y 10% de las monografías.
LIBRO(S) DE TEXTO
G Rayner-Cauham
Química Inorgánica Descriptiva
Prentice Hall.
LIBRO(S) DE CONSULTA
J. R. Bowser
Inorganic chemistry
Ed. Brooks/Cole Pub. Co. Pacific Grove, California, 1993.
A. G. Sharpe
Inorganic chemistry
Longman Scientific & Technical, New York, 1992.
W.W. Porterfield
Inorganic chemistry
Academic Press, Inc. New York, 1993.
W. L. Jolly
Modern inorganic chemistry
2da. Ed., McGraw-Hill International, New York, 1991.
Chang
Química
6a Edición
Mc Graw Hill