guía docente - usc · 2017-11-03 · grado en química universidad de santiago de compostela....

Grado en Química 4º Curso

Polímeros y Coloides

Guía Docente

Grado en Química Universidad de Santiago de Compostela. Guía Docente de Polímeros y Coloides

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Guía Docente. Curso 2017-18

1. DATOS DESCRIPTIVOS DE LA MATERIA.

Carácter: Optativa

Convocatoria: 2º cuatrimestre

Créditos: 4,5 ECTS

Profesorado:

Nombre Luis García Río (Coordinador/a)

Catedrático del Departamento de Química Física

Idioma en que es impartida la asignatura: Castellano

Grupos Expositivas: Grupo EXA

Grupos de seminario: Grupo SA

Grupo de Prácticas: Grupo PA

Grupos de tutorías: Grupos T1, T2


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2. SITUACIÓN, SIGNIFICADO E IMPORTANCIA DE LA

MATERIA EN EL ÁMBITO DE LA TITULACIÓN.

2.1. Módulo al que pertenece la materia en el Plan de Estudios. Materias

con las que se relaciona

Módulo 9. Química Avanzada

Esta materia se relaciona fundamentalmente con las asignaturas del Módulo de

Química Física, Ciencia de Materiales y Química Orgánica

Papel que juega este curso en ese bloque formativo y en el conjunto del

Plan de Estudios

Dentro del bloque formativo de Química Avanzada permite que los alumnos

accedan a nuevos conocimientos relacionadas con los sistemas macromoleculares y

supramoleculares tanto naturales como artificiales.

Dentro del ámbito del Plan de Estudios, introduce a los alumnos en la

caracterización, diseño y propiedades de sistemas coloidales y poliméricos. Se trata

de sistemas con una gran repercusión industrial tanto desde el punto de vista de

los nuevos materiales, química fina y tecnología farmacéutica.

Conocimientos previos (recomendados/obligatorios) que los estudiantes

han de poseer para cursar la asignatura

Conocimientos básicos de Química Física, Química Orgánica y Propiedades Físicas

de Materiales.


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3. RESULTADOS DE APRENDIZAJE Y COMPETENCIAS A ALCANZAR POR EL ESTUDIANTE CON LA ASIGNATURA.

3.1. Objetivos del aprendizaje.

Al final de la asignatura Polímeros y Coloides se espera que el alumnado sea capaz de:

- Disponer de los conocimientos teóricos y prácticos mínimos que permitan entender el fundamento de la utilización

de los materiales polímeros en la industria, de acuerdo a su constitución química y a sus propiedades físicoquímicas.

- Entender los conceptos fundamentales de estabilización de materiales poliméricos. Conocer las bases del reciclaje

de plásticos y familiarización con la normativa vigente

3.2. Competencias básicas y generales.

CG2 - Que sean capaces de reunir e interpretar datos, información y resultados relevantes, obtener conclusiones y

emitir informes razonados en problemas científicos, tecnológicos o de otros ámbitos que requieran el uso de

conocimientos de la Química.

CG3 - Que puedan aplicar tanto los conocimientos teóricos-prácticos adquiridos como la capacidad de análisis y de

abstracción en la definición y planteamiento de problemas y en la búsqueda de sus soluciones tanto en contextos

académicos como profesionales.

CG4 - Que tengan capacidad de comunicar, tanto por escrito como de forma oral, conocimientos, procedimientos,

resultados e ideas en Química tanto a un público especializado como no especializado.

CG5 - Que sean capaces de estudiar y aprender de forma autónoma, con organización de tiempo y recursos nuevos

conocimientos y técnicas en cualquier disciplina científica o tecnológica.

3.3. Competencias transversales.

CT6 - Realizar trabajo en equipo

CT7 - Realizar trabajo en equipo de carácter interdisciplinar.

CT8 - Ser capaz de trabajar en un contexto internacional.

CT9 - Desarrollar habilidades en las relaciones interpersonales.

CT10 - Adquirir razonamiento crítico.

CT11 - Logar compromiso ético.

3.4. Competencias específicas.

CE11 - Comprender la relación entre propiedades macroscópicas y propiedades de átomos y moléculas individuales:

incluyendo macromoléculas (naturales y sintéticas), polímeros, coloides y otros materiales.

CE13 - Ser capaz de demostrar el conocimiento y comprensión de los hechos esenciales, conceptos, principios y

teorías relacionadas con las áreas de la Química.

CE15 - Ser capaz de reconocer y analizar nuevos problemas y planear estrategias para solucionarlos.

CE18 - Ser capaz de llevar a cabo procedimientos estándares de laboratorio implicados en trabajos analíticos y

sintéticos, en relación con sistemas orgánicos e inorgánicos.


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4. CONTENIDOS DEL CURSO.

4.1. Epígrafes del curso:

Parte I. Introducción a los coloides, nanoestructuras y sistemas autoensamblados.

Tema 1. Termodinámica de las interfases líquidas

Tema 2. Tensioactivos (surfactantes)

Tema 3. Aspectos eléctricos de la química superficial: Interfases sólido-líquido

Tema 4. Sistemas coloidales. Fenomenología y caracterización

Tema 5. Interacción entre partículas coloidales

Parte II. Introducción a las macromoléculas y polímeros.

Tema 6. Caracterización de polímeros

Tema 7. Termodinámica y estadística de disoluciones de polímeros

Tema 8. Gelificación

Tema 9. Polímeros sólidos

4.2. Programa de prácticas:

Práctica 1. Determinación de parámetros de agregación de surfactantes en disolución acuosa.

4.3. Bibliografía recomendada

4.3.1. Básica (manual de referencia).

•Horta Zubiaga, Macromoléculas, UNED (1982)

•Katime, Química Física Macromolecular, Plenum Press (1994)

•R.B. Seymour y E. Carraher, Introducción a la Química de Polímeros, Ed. Reverte (1995)

•R.J. Hunter, Introduction to Modern Colloid Science, Oxford University Press (1993)

•D. Fennell Evans y W. Wennerstron, The Colloidal Domain, Wiley-VCH (1994)

•B. Jönsson, J. Lindman, K. Holmberg y B. Kronberg, Surfactants and polymers in aqueous solutions,

Wiley (1998)

•P.C. Hiemenz y r. Rajagopalan, Principles of Colloid and Surface Chemistry, Marcel Dekker (1997)

• D. Myers, Surfaces, Interfaces and Colloids, VCH (1991)

4.3.2. Complementaria.

1. Coloides

(T.F. Tadros, Solid/Liquid Dispersions, Academic Press, Londres)

(K.S. Birdi: Handbook of Surface and Colloid Chemistry, CRC Press, NY, 1997)

(D. Avnir: The Fractal Approach to Heterogeneous Chemistry, Surfaces, Colloids, Polymers, John

Wiley&Sons, NY, 1989)

(M. Shara, D. Tezak: Non-Equilibrium States in Molecular Aggregation and Fractals in Chemistry,

Croat.Chem.Acta, Zagreb)

2. Polímeros

(J.M.G.Cowie, Polymers: Chemistry and Physics of Modern Materials, Blackie Acedemic & Professional,

Londres, 1991)

(S.F. Sun: Physical Chemistry of Macromolecules, John Wiley&Sons, N.Y., 1995)

(P-G. de Gennes: Scaling Concepts in Polymer Physics, Cornell University Press, Londres, 1996)

(D. Stauffer: Introduction to Percolation Theory, Taylor and Francis, Londres, 1992)

(B. Ellis: Chemistry and Technology of Epoxy Resins, Blackie Academic&Professional, Londres)

4.4. Contenidos por tema


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TEMA 1. TERMODINAMICA DE LAS INTERFASES LÍQUIDAS

1. Sentido del tema (Introducción)

Se presenta una introducción a las propiedades termodinámicas de las interfases líquidas con especial atención a la

tensión superficial.

2. Epígrafes del tema. Capilaridad. Tensión superficial. Ecuación de Young-Laplace. Dependencia de la tensión superficial con la

temperatura. Efecto de la curvatura sobre la presión de vapor y la tensión superficial. Fuerzas superficiales y origen

de la tensión superficial. Constante de Hamaker. Tensión superficial dinámica. Exceso superficial. Ecuación de

Gibbs. Adsorción. Monocapas: Modelo de Gibbs. Gases bidimensionales. Elasticidad superficial.

3. Bibliografía1







Wiley (1998)



4. Actividades a desarrollar.

El alumno debe resolver los ejercicios indicados por el profesor y entregarlos, en los casos que se indique, en la fecha

propuesta en el calendario de actividades de la materia (el alumno debe guardar una copia del trabajo entregado). En

el seminario correspondiente a este tema se resolverán estos ejercicios en la pizarra.

Aquellos alumnos que tengan especial dificultad con el tipo de cálculos que se realizan en este tema deberán

contactar con el profesor para recibir el apoyo necesario.

TEMA 2. TENSIOACTIVOS (SURFACTANTES)


Se presenta una introducción a los procesos de autoagregación de surfactantes formando micelas y otros agregados

coloidales.

2. Epígrafes del tema. Estructura de diferentes agentes surfactantes. Autoensamblaje: micelas. Concentración micelar crítica. Temperatura

de Kraft. Forma micelar y parámetro de empaquetamiento crítico. Otras estructuras autoensambladas. Mesofases de

cristales líquidos.

3. Bibliografía2







Wiley (1998)

1 Indicar la parte del manual que se corresponde con el tema.



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TEMA 3. ASPECTOS ELÉCTRICOS DE LA QUÍMICA SUPERFICIA: INTERFASES

SÓLIDO-LÍQUIDO


Se presenta una introducción a las propiedades de interfases sólido-líquido con énfasis en propiedades eléctricas y

fenómenos superficiales de hidrofobicidad y superhidrofobicidad.

2. Epígrafes del tema. Electroforesis. Electro-ósmosis. Potencial, carga superficial y estabilidad coloidal. Electrocapilaridad. Electroquímica

en las fases dispersas. Fotoelectroquímica. Electrofloculación. Humectación y ángulo de contacto. Histéresis:

rugosidad y heterogeneidad. Complejidad de las superficies reales: textura y escala. Ecuación de Wenzel. Análisis de

Cassie-Baxter. Ultrafobicidad. Ángulo de contacto dinámico. Ley de Tanner. Energías superficiales y ángulos de

contacto. Termodinámica del contacto sólido-líquido. Ecuación de Young-Dupré. Adherencia. Mecánica de contacto.

Nucleación heterogénea. Detergencia. Partículas en interfases.

3. Bibliografía3







Wiley (1998)









TEMA 4. SISTEMAS COLOIDALES. FENOMENOLOGÍA Y CARACTERIZACIÓN.


Se presenta una introducción, descripción fenomenológica y clasificación de coloides, con énfasis en las propiedades

y características de emulsiones.



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2. Epígrafes del tema. Clasificación de coloides. Propiedades generales de dispersiones coloidales. Segregación de fases. Agregación.

Coalescencia. Preparación de partículas coloidales y dispersiones coloidales. Nanopartículas. Movimiento

browniano.. Equilibrio sedimentación-difusión. Difracción de la luz. Emulsiones: clasificación. Emulsificadores y

estabilidad de las emulsiones. Termodinámica de la formación y ruptura de emulsiones. Emulsiones dobles o

múltiples. Nanoemulsiones. Microemulsiones. Espumas.

3. Bibliografía4







Wiley (1998)









TEMA 5. INTERACCIÓN ENTRE PARTÍCULAS COLOIDALES.


Se presentan diversas teorías para explicar las interacciones entre partículas coloidales, abordando con especial

detalle la teoría DLVO.

2. Epígrafes del tema. Interacciones de van der Waals de largo alcance. Interacciones electrostáticas. Teoría DLVO (Derjaguin, Landau,

Verwey and Overbeek). Cinética de agregación. Agregados fractales. Teoría de Smoluchowsky de agregación

limitada por difusión (DLA). Adsorción polimérica y estabilización estérica. Recubrimiento con nanopartículas.

Floculación. Fuerzas de interacción no DLVO.

3. Bibliografía5







Wiley (1998)










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TEMA 6. CARACTERIZACIÓN DE POLÍMEROS


Se presentan las principales propiedades macromoleculares de los polímeros.

2. Epígrafes del tema. Masas moleculares promedio. Propiedades coligativas. Sedimentación. Viscosidad. Difracción de luz estática y

dinámica.

3. Bibliografía6







Wiley (1998)









TEMA 7. TEMODINAMICA Y ESTADISTICA DE DISOLUCIONES DE

POLIMEROS.


La naturaleza macromolecular de los polímeros exige el desarrollo de procedimientos específicos para determinar sus

propiedades termodinámicas y de sus disoluciones..

2. Epígrafes del tema. Estadística conformacional: Teoría de Flory. Termodinámica de disoluciones de polímeros: Teoría de Flory-

Huyggins. Teoría de Flory-Krigbaum. Teoría de perturbaciones Disoluciones concentradas. Camino aleatorio de

autoexclusión. Función de correlación. Teoría de reptación.

3. Bibliografía7









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Wiley (1998)









TEMA 8. GELIFICACIÓN


Se introducen características específicas de la formación de geles.

2. Epígrafes del tema. Transición sol-gel. Percolación. Efecto de volumen excluido, dimensión crítica y ley de hiperescalado. Temperatura

vítrea. Elastómeros.

3. Bibliografía8







Wiley (1998)









TEMA 9. POLÍMEROS SÓLIDOS


Se estudian las transiciones cristalino-amorfo en materiale poliméricos y las relaciones estructura-propiedad.

2. Epígrafes del tema. Estado cristalino/amorfo de los polímeros. Relaciones estructura/propiedades.

3. Bibliografía9





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Wiley (1998)










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5. INDICACIONES METODOLÓGICAS Y ATRIBUCIÓN

DE CARGA ECTS.

5.1. Tiempo de estudio y trabajo personal

TRABAJO PRESENCIAL EN

EL AULA

HORAS TRABAJO PERSONAL DEL

ALUMNO

HORAS

Clases expositivas en grupo

grande

24 Estudio autónomo individual o

en grupo

52.5

Clases interactivas en grupo

reducido (Seminarios)

6 Resolución de ejercicios, u

otros trabajos

12

Tutorías en grupo muy

reducido

2 Preparación de presentaciones

orales, escritas, elaboración

de ejercicios propuestos.

Actividades en biblioteca o

similar

4

Prácticas de laboratorio 4 Preparación del trabajo de

laboratorio y elaboración de la

memoria de las prácticas

8

Total horas trabajo

presencial en el aula o en

el laboratorio

36 Total horas trabajo

personal del alumno

76.5

5.2. Actividades formativas en el aula con presencia del profesor

A) Clases expositivas en grupo grande (“E” en las tablas horarias):

Lección impartida por el profesor que puede tener formatos diferentes (teoría, problemas y/o ejemplos generales, directrices generales de la materia…). El profesor puede contar con apoyo de medios audiovisuales e informáticos pero, en general, los estudiantes no necesitan manejarlos en clase. Habitualmente estas clases seguirán los contenidos de un Manual de referencia propuesto en la Guía Docente de la asignatura. La asistencia a estas clases es recomendable.

B) Clases interactivas en grupo reducido (Seminarios, “S” en las tablas horarias):

Clase teórico/práctica en la que se proponen y resuelven aplicaciones de la

teoría, problemas, ejercicios… El alumno debe participar activamente en estas

clases. El profesor puede contar con apoyo de medios audiovisuales e

informáticos pero, en general, los estudiantes no los manejarán en clase. Se

incluyen las pruebas de evaluación si las hubiere.

C) Clases prácticas de laboratorio (“P” en la tabla horaria):


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Se incluyen aquí las clases que tienen lugar en un laboratorio de prácticas. En ellas el alumno adquiere las habilidades propias de un laboratorio de química y consolida los conocimientos adquiridos en las clases de teoría. El trabajo personal del alumno en esta actividad es mucho más reducido. Para estas prácticas, el alumno dispondrá de un manual de prácticas de laboratorio, que incluirá consideraciones generales sobre el trabajo en el laboratorio, así como un guión de cada una de las prácticas a realizar, que constará de una breve presentación de los fundamentos, la metodología a seguir y la indicación de los cálculos a realizar y resultados a presentar. El alumno deberá a acudir a cada sesión de prácticas habiendo leído atentamente el contenido de este manual. Tras una explicación del profesor, el alumno realizará individualmente, o en grupos de dos, las experiencias y cálculos necesarios para la consecución de los objetivos de la práctica, recogiendo en el diario de laboratorio el desarrollo de la práctica y los cálculos y resultados que procedan, presentando el mismo día o en la próxima sesión los resultados, que serán evaluados.

E) Tutorías de pizarra en grupo muy reducido (“T” en las tablas horarias):

Tutorías programadas por el profesor y coordinadas por el Centro. En general,

supondrán para cada alumno 2 horas por cuatrimestre y asignatura. Se

proponen actividades como la supervisión de trabajos dirigidos, aclaración de

dudas sobre teoría o las prácticas, problemas, ejercicios, lecturas u otras tareas

propuestas; así como la presentación, exposición, debate o comentario de

trabajos individuales o realizados en pequeños grupos.

5.3. Recomendaciones para el estudio de la materia

Es aconsejable asistir a las clases expositivas.

Es importante mantener el estudio de la materia “al día”.

Una vez finalizada la lectura de un tema en el manual de referencia, es útil hacer un resumen de los puntos importantes, identificando las ecuaciones básicas que se deben recordar y asegurándose de conocer tanto su significado como las condiciones en las que se pueden aplicar.

La resolución de problemas es fundamental para el aprendizaje de esta materia. Puede resultar de ayuda el seguir estos pasos: (1) Hacer una lista con toda la información relevante que proporciona el enunciado. (2) Hacer una lista con las cantidades que se deban calcular. (3) Identificar las ecuaciones a utilizar en la resolución del problema y aplicarlas correctamente.

Es imprescindible la preparación de las prácticas antes de la entrada en el laboratorio. En primer lugar, se deben repasar los conceptos teóricos importantes en cada experimento y, a continuación, es necesario leer con atención el guión de la práctica, intentando entender los objetivos y el desarrollo del experimento propuesto. Cualquier duda que pudiera surgir deberá ser consultada con el profesor.


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5.4. Calendario de actividades que van a realizar los alumnos a lo largo del curso

2º Semestre. Grupo A: Luis Garcia Rio

Enero-Febrero Marzo Abril

L Ma Mi X Vi

30 31 1 2

09-10

10-11

11-12

12-13

14-15 E-1

16-20

5 6 7 8 9

09-10

10-11

11-12

12-13

14-15 E-2 E-3

16-20

12 13 14 15 16

09-10

10-11

11-12

12-13

14-15

16-20

19 20 21 22 23

09-10

10-11

11-12

12-13

14-15 E-4 E-5 S-1

16-20

26 27 28

09-10

10-11

11-12

12-13

14-15 E-6 E-7

16-20

L Ma Mi X Vi

1 2

5 6 7 8 9

E-8 E-9 S-2

12 13 14 15 16

T-2

E-10 E-11 T-1

19 20 21 22 23

E-12 E-13 S-3

26 27 28 29 30

L Ma Mi X Vi

2 3 4 5 6

E-14 E-15

9 10 11 12 13

E-16 E-17 S-4

16 17 18 19 20

E-18 E-19

23 24 25 26 27

E-20 E-21 S-5

30

E-22

Mayo Otras actividades Notas

L Ma Mi X Vi

1 2 3 4

09-10

10-11

11-12 T-2

12-13

14-15 T-1

16-20

7 8 9 10 11

09-10

10-11

11-12

12-13

14-15 E-23 E-24 S-6

16-20

14 15 16 17 18

09-10

10-11

11-12

12-13

14-15

16-20 P-1

Exámenes

Clases expositivas L (24)

Clases interactivas (seminario) S

(6)

Clases interactivas (tutorías) T (2x2)

Clases prácticas de laboratorios P

(4x1)

Días no lectivos

Clases expositivas: 24

Seminarios: 6

Tutorías: 2x2

Laboratorio: 4


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6. SISTEMA DE EVALUACIÓN

La calificación se realizará mediante evaluación continua y examen final.

La evaluación continua se realizará mediante pruebas de forma escrita durante el curso

y la presentación de trabajos propuestos por el profesor.

La nota final será: 25% evaluación continua y 75% examen final.

De acuerdo con el criterio general de evaluación que figura en la Memoria de Grado, la

calificación del alumno no será inferior a la del examen final ni a la obtenida

ponderándola con la de evaluación continua.

A lo largo del curso se evalúan las siguientes competencias:

Evaluación de

Competencias

Clases de

Seminarios

Prácticas de

laboratorio

Clases de

Tutorías

Examen Final

CG2 x x x

CG3 x x x

CG4 x x x

CG5 x x x x

CT6 x x

CT7 x x

CT8 x x

CT9 x x x

CT10 x x x x

CT11 x x x x

CE11 x x

CE13 x x

CE15 x x x

CE18 x

6.3. Recomendaciones de cara a la evaluación

El alumno debe repasar los conceptos teóricos introducidos en los distintos temas utilizando el manual de referencia y los resúmenes. El grado de acierto en la resolución de los ejercicios propuestos proporciona una medida de la preparación del alumno para afrontar el examen final de la asignatura. Aquellos alumnos que encuentren dificultades importantes a la hora de trabajar las actividades propuestas deben de acudir en las horas de tutoría del profesor, con el objetivo de que éste pueda analizar el problema y ayudar a resolver dichas dificultades. Es muy importante a la hora de preparar el examen resolver algunos de los ejercicios que figuran al final de cada uno de los capítulos del manual de referencia.

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