1.- DATOS DE LA ASIGNATURA

Nombre de la asignatura:

Carrera:

Clave de la asignatura:

SATCA1

Química Inorgánica Ingeniería Petrolera PEG-1025 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: 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.

Competencias Genéricas: Competencias instrumentales • Capacidad de análisis y síntesis • Capacidad de organizar y planificar • Conocimientos básicos de la carrera • Comunicación oral y escrita • 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 Evento

Instituto Tecnológico Superior de Puerto Vallarta del 10 al 14 de agosto de 2009.

Representantes de los Institutos Tecnológicos de: Superior de Coatzacoalcos, Minatitlán, Superior de Poza Rica y Superior de Venustiano Carranza.

Reunión Nacional de Diseño e Innovación Curricular para el Desarrollo y Formación de Competencias Profesionales de la Carrera de Ingeniería Petrolera.

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.

Elaboración del programa de estudio propuesto en la Reunión Nacional de Diseño Curricular de la Carrera de Ingeniería Petrolera.

Instituto Tecnológico Superior de Poza Rica del 22 al 26 de febrero de 2010.

Representantes de los Institutos Tecnológicos de: Superior de Coatzacoalcos, Minatitlán, Superior de Poza Rica, Superior de Tantoyuca y Superior de Venustiano Carranza.

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 Temas Subtemas1 Teoría cuántica,

estructura atómica y periodicidad

1.1 Base experimental de la teoría cuántica. 1.2. Teoría cuántica y configuración 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.

2 Enlace, estructura y propiedades de los compuestos químicos

2.1 Concepto y clasificación de enlace químico. 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

3 Compuestos químicos: tipos, nomenclatura, reacciones e impacto económico y ambiental

3.1 Compuestos inorgánicos. 3.2 Impacto económico ambiental de los compuestos inorgánicos en la industria petrolera.

4 Reacciones químicas y estequiometria

4.1 Reacciones químicas. 4.2 Balanceo de ecuaciones químicas 4.3 Concepto de estequiometria. 4.4 Leyes estequiométricas 4.5 Cálculos estequiométricos

5 Química de las soluciones

5.1 Solubilidad 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 6.1 Concepto de equilibrio químico y Ley de Acción de Masas. 6.2 Equilibrio ácido-base en sistemas acuosos

7 Termoquímica 7.1 Cambios de energía en las reacciones químicas 7.2 Entalpia 7.3 Calorimetría 7.4 Calor de disolución y dilución

8 Electroquímica 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 análisis-síntesis, 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 Desarrollar Actividades de Aprendizaje

Conocer los conceptos básicos de la estructura de la materia, desarrollar ejercicios donde se aplique los conceptos aprendidos.

• Investigar en diferentes fuentes documentales la teoría cuántica.

• Analizar en equipo y explicar de que 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 Desarrollar Actividades de Aprendizaje

Explicar, con base a los conceptos comprendidos, el comportamiento de los enlaces y fuerzas intermoleculares

• Investigar y definir el concepto de enlace. • Explorar las condiciones de formación que

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 Desarrollar Actividades de Aprendizaje

Aplicar los conocimientos adquiridos para nombrar los compuestos químicos.

• Investigar definición, clasificación, nomenclatura y obtención de los principales 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 Desarrollar Actividades de Aprendizaje

Aplicar los conocimientos adquiridos realizar casos prácticos sobre estequiometria.

• Definir y exponer en clase el concepto de reacción química y tipos de reacción. 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 Desarrollar Actividades de Aprendizaje

Conocer y realizar la preparación de soluciones básicas

• Enumerar los factores que afectan la 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 Desarrollar Actividades de Aprendizaje

Analizar los conceptos aprendidos y realizar prácticas comunes del laboratorio químico característico de la Ingeniería petrolera.

• Definir los siguientes conceptos o relacionarlos correctamente con su significado: Cinética Química, Equilibrio 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 Desarrollar Actividades de Aprendizaje

Aplicar los conocimientos para la resolución de casos prácticos.

• Calcular los calores de reacción, formación y solución.

• Realizar casos prácticos para el calculo de Entalpías.

• Realizar cálculos de calorimetría. Unidad 8. Electroquímica Competencia Específica a Desarrollar Actividades de Aprendizaje

Aplicar los conceptos para explicar el origen de corrosión y el funcionamiento de la celdas

• Explicar el funcionamiento de una celda voltaica y una celda electrolítica.

• 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.