Fisicoquímica

Regresar
Codigo:
Semestre: 2

              UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA SUR
                 ÁREA DE CONOCIMIENTO DE CIENCIAS DEL MAR
               DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE BIOLOGÍA MARINA
                          PROGRAMA DE LA ASIGNATURA:
                                   FISICOQUÍMICA
MATERIA OBLIGATORIA IMPARTIDA EN EL II SEMESTRE DEL PLAN DE ESTUDIOS 2003-
                                            II
                 8 hrs/sem (5 hrs teoría, 3 hrs laboratorio): 13 créditos
             Elaborado: M en C. Ma. Aurora Rebolledo López (agosto 2003)
        Última modificación: M en C. Ma. Aurora Rebolledo López (agosto 2007)
                         La Paz, B.C.S. a 15 de enero de 2010
                                                                                                    2
INTRODUCCIÓN
Hasta hace algunas décadas la enseñanza de la Biología conducía a la formación de estudiantes
cuya descripción de los acontecimientos biológicos era puramente anecdótica (Morris,1993). Esto
debido a la falta de formación que se tenía en las llamadas ciencias básicas.
        Sin embargo con el extraordinario avance al que han conducido las investigaciones
biológicas a nivel de organización celular y subcelular, se han replanteado los objetivos
primordiales de la Biología teniéndose actualmente como una de las finalidades preponderantes la
descripción de los procesos vitales en términos físicos y químicos. (Morris, 1993)
        Maron y Prutton (1994), definen a la fisicoquímica como parte de la química que estudia
las propiedades físicas y estructura de la materia, las leyes de la interacción química y las teorías
que las gobiernan. La inserción de la fisicoquímica en el currículo de la carrera de Biología Marina
responde a la necesidad antes mencionada, no podemos imaginar actualmente estudiantes de
biología incapaces de aplicar los conceptos y principios fundamentales de la fisicoquímica a los
sistemas biológicos, por falta de comprensión de los mismos.
        Si bien en este curso no se pretende dar un enfoque muy riguroso, en cuanto a
matemáticas se refiere, sí se hace un especial énfasis en temas de importancia inmediata en
biología marina, de manera que se establezcan las bases para la comprensión de los procesos
energéticos del metabolismos celular; los procesos osmóticos; flujo de gases durante la
respiración; regulación ácido- base, entre otros, con lo que se tendrán los conocimientos
suficientes el estudio posterior de asignaturas como: Biología Celular, Fisiología, Oceanografía,
Contaminación y Ecología Marina.
        El curso tiene 13 créditos y para obtenerlos los estudiantes deben asistir a 5 horas
teóricas por semana (80 horas al semestre) y 3 horas de laboratorio (48 horas al semestre, en
las que se incluye una práctica al campo).
Este curso coadyuvará para alcanzar el perfil del biólogo marino al darle las herramientas
necesarias para evaluar los componentes de los ecosistemas relacionados al ambiente marino
y entender sus interacciones, con lo que podrá proponer y asesorar sobre el manejo
sustentable de la flora y fauna marinas y sus ambientes, en colaboración con otros
especialistas.
OBJETIVOS TERMINALES DEL CURSO
        Al término del curso el alumno:
        Comprenderá los principios y leyes fundamentales de la Fisicoquímica;
                                                                                                3
         Aplicará los principios y leyes fundamentales de la Fisicoquímica para comprender
aquellas áreas de la Ciencia que estudie durante su carrera;
         Reconocerá a los organismos vivos, estudiados en la Biología Marina, como un sistema
cuyo funcionamiento puede ser descrito, predicho y modificado de acuerdo con las leyes de la
Fisicoquímica.
         Además, este curso contribuirá al desarrollo de habilidades como: buscar, analizar,
sintetizar e integrar la información; para el planteamiento y solución de problemas; comunicar la
información de diversas formas y trabajar en equipo. Se pretende además fomentar la
honestidad en el quehacer profesional, la tolerancia y respeto a la diversidad humana e
ideológica y el aprecio por el quehacer científico.
EVALUACIÓN DEL CURSO
         La evaluación total del curso estará dada por las calificaciones obtenidas en la parte
teórica y en la parte experimental del curso, de acuerdo a la siguiente proporción:
TEORÍA        50%
LABORATORIO 40%
PRÁCTICA DE CAMPO            10%
         La evaluación de la parte teórica (50%) será el promedio de cuatro evaluaciones
parciales, cada una de ellas será el resultado de:
Participación (10%) : Se considera las actividades realizadas por el alumno en el salón de clase,
como la resolución de problemas, respuesta a los preguntas y exposición oral de temas.
Actividades Extraclase (20%): Dentro de ellas se consideran la redacción de resúmenes,
elaboración de mapas conceptuales o diagramas de flujo, investigaciones documentales y
resolución de problemas de los cuales se tendrán que entregar una colección al término de cada
unidad temática.
Examen (70%): Los cuales abarcarán:
1o Unidades I y II
2o Unidad III
3o Unidades IV
4o Unidades V y VI
         La evaluación de la parte experimental (40%) estará dada por el promedio de las
calificaciones obtenidas en cada una de las prácticas, (de las cuales el alumno deberá haber
                                                                                                4
realizada al menos el 80% de ellas), se asignarán de acuerdo con los requerimientos para el
trabajo en el laboratorio establecidos en el Manual de Fisicoquímica. Para la estancia en el
laboratorio es obligatorio el uso de bata
        La práctica de campo (10%) se realiza en forma conjunta con las otras asignaturas de
segundo semestre y tiene como objetivo integran los conocimientos de dichas asignaturas. La
evaluación se hará en función del reporte de la misma, el cual se entregará en formato de informe
de investigación.
        Para aprobar la parte teórica se deberán tener una calificación aprobatoria en todas las
cuatro evaluaciones parciales, en caso de no haber aprobado algún parcial éste se podrá reponer
el día del examen final.
        El promedio de las calificaciones tanto de la teoría como del laboratorio tendrá que
ser aprobatorio, para obtener la calificación final del curso.
                                                                                                5
A. UNIDAD I. INTRODUCCIÓN AL CURSO.
B. INTRODUCCIÓN
        En esta unidad introductoria se familiariza al alumno con la Fisicoquímica, haciendo una
revisión histórica de su evolución como disciplina de estudio. Así mismo se establecen los
conceptos previos indispensables para el desarrollo del curso.
C. OBJETIVOS DE APRENDIZAJE DE LA UNIDAD:
        El alumno identificará a la Fisicoquímica en el contexto de la Ciencia y comprenderá la
importancia de su estudio para la formación del Biólogo Marino.
D. DURACION DE LA UNIDAD                                              6 HORAS       3T y 3P
E. CONTENIDOS TEMÁTICOS
    1. Fisicoquímica. Desarrollo histórico.
    2. Requerimientos para el estudio de la Fisicoquímica
    3. Sistema internacional de Unidades
            a. Longitud
            b. Volumen
            c. Masa
            d. Cantidad de materia
                     i. Mol , peso molecular, número de partículas, conversiones
    4. Sistema métrico decimal
    5. Incertidumbre en las mediciones
            a. Precisión y exactitud
            b. Cifras significativas
F. ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE
Durante el desarrollo de esta unidad el alumno deberá:
       -Realizar la práctica de laboratorio “Características de un instrumento de Medición”.
       -Hacer un resumen del texto "Breve Historia de la Química”, (Asimov, Isaac, 2006. Alianza
        Editorial, pp 143- 162).
       -Resolver problemas de conversión entre moles, gramos y número de partículas.
       Resolver problemas en los que se involucre el sistema internacional de unidades y el
        sistema métrico decimal.
                                                                                                6
       Resolver problemas en los que se determine el número de cifras significativas.
    Bibliografía: 1, 7,9
A. UNIDAD II. EL ESTADO GASEOSO
B. INTRODUCCIÓN
        Se introduce al tema con las características fundamentales de los tres estados de la
materia. Se describirá el comportamiento cuantitativo de los gases en relación a las variables;
volumen, presión, temperatura y número de partículas, estableciendo posteriormente el modelo
cinético-molecular, a través del cual se puede explicar, en parte, el comportamiento de los gases.
Se plantearán también las limitaciones de este modelo lo que permitirá establecer el concepto de
gas real y su comportamiento. Finalmente se estudiará el proceso de la respiración relacionándolo
con las leyes fundamentales de los gases.
C. OBJETIVOS DE APRENDIZAJE DE LA UNIDAD:
        Al finalizar esta unidad el alumno comprenderá la relación cuantitativa volumen, presión,
temperatura y cantidad de gas, tanto en los gases ideales como en los reales; aplicará las leyes
de los gases en el proceso de la respiración.
D. DURACION DE LA UNIDAD                                     24 HORAS             15T Y 9P
E. CONTENIDOS TEMÁTICOS
1. Propiedades y ecuaciones empíricas del modelo del gas ideal
         1.1 ley de Boyle
         1.2 ley de Charles-Gay lussac
         1.3 escala absoluta de temperatura
         1.4 ley de Avogadro
         1.5 ley general de los gases ideales
         1.6 presiones parciales. Ley de Dalton
         1.7 difusión de un gas. Ley de Graham
         1.8 solubilidad de un gas en líquidos. Ley de Henry
                                                                                                7
2. teoría cinética de los gases
          2.1 ecuación cinética
          2.2 explicación de las leyes de los gases
          2.3 energía cinética de traslación
          2.4 distribución de las velocidades moleculares
3. gases reales
          3.1 comportamiento presión, volumen, temperatura de un gas real.
          3.2 factor de compresibilidad
          3.3 ecuación de van der Waals
4. flujo de gases durante la respiración
          4.1 respiración a altas presiones
          4.2 respiración a bajas presiones
          4.4 atmósferas artificiales
F. ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE
Durante el desarrollo de esta unidad el alumno deberá:
        -Realizar la práctica de laboratorio "Ley de Boyle
        -Realizar la práctica de laboratorio "Ley de Gay Lussac".
        -Realizar la práctica de laboratorio "Difusión de gases".
        -Resolver problemas en los que están involucradas las variables presión, volumen,
         temperatura y número de moles para gases ideales y reales.
        Hacer un diagrama de flujo sobre “El flujo de gases durante la respiración”.
        Hacer un resumen sobre las diferencias entre la respiración humana, de cetáceos y peces.
Bibliografía: 2, 6, 7
                                                                                                      8
A. UNIDAD III CINÉTICA QUÍMICA
B. INTRODUCCIÓN
        Se establecerán, en primer término, los factores que favorecen la realización de un cambio
químico y la definición de velocidad de reacción. Posteriormente se analizará la idea de
reversibilidad de una reacción química en relación con su velocidad y de ahí se establecerá el
concepto de equilibrio químico así como los factores que lo modifican. Una vez comprendida la
idea de equilibrio químico de manera general se particularizará en el equilibrio iónico.
C. OBJETIVOS DE APRENDIZAJE DE LA UNIDAD
        Al término de la presente unidad el alumno será capaz de:
Comprender el concepto de velocidad de reacción identificando las variables que la determinan y
explicarlo en función de la teoría de las colisiones.
Comprender el comportamiento de un catalizador y aplicarlo a las enzimas.
Explicar el equilibrio químico.
Aplicar los principios del equilibrio iónico en el funcionamiento de los amortiguadores fisiológicos.
D. DURACION DE LA UNIDAD                                               30 HORAS       18T y 12 P
E. CONTENIDOS TEMÁTICOS
1. Velocidad de reacción
    1.1. velocidad promedio, velocidad instantánea, velocidad inicial.
    1.2. constante de velocidad
    1.3. velocidad de reacción y estequiometría
    1.4. ley de la velocidad y orden de reacción
    1.5. concentración de reactivos y tiempo de reacción.
    1.6. reacciones de primer orden. Tiempo de vida media. Desintegraciones radiactivas.
    1.7. teoría de las colisiones. Efecto de concentración, temperatura y catalizadores sobre la
         velocidad de reacción.
    1.8. ecuación de Arrhenius. Constante de velocidad, temperatura y energía de activación
    1.9. catálisis homogénea y heterogénea.
        1.9.1. catálisis enzimática.
                                                                                                     9
2. equilibrio químico
    2.1. sistemas reversibles
    2.2. constante de equilibrio
        2.2.1. cómo se expresa la constante de equilibrio
        2.2.2. equilibrios homogéneos y heterogéneos
        2.2.3. constante de equilibrio y temperatura
        2.2.4. cálculo de las concentraciones en el equilibrio
    2.3. factores que afectan el equilibrio
        2.3.1. Principio de Le Chatelier
3. equilibrio iónico
    3.1. ácidos y bases de Bronsted y Lowry
    3.2. autoionización del agua. producto iónico
    3.3. concepto de pH, pOH, pKw
    3.4. fuerza de ácidos y bases
    3.5. hidrólisis de sales
    3.6. disoluciones amortiguadoras
    3.7. capacidad amortiguadora
    3.8. amortiguadores fisiológicos
F. ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE
Durante el desarrollo de esta unidad el alumno deberá:
   Realizar al menos tres de las siguientes prácticas de laboratorio:
       “Efecto de la temperatura, la concentración y los catalizadores sobre la velocidad de
        reacción”.
       "Equilibrio Químico; Reversibilidad de un Cambio Químico".
       En colaboración con la asignatura de Bioquímica se llevará a cabo la práctica "Cinética
        Enzimática”.
       "Titulación Potenciométrica”
   Resolver problemas en los que se involucren las variables concentración, temperatura,
    energía de activación.
   Resolver problemas en los que se calculen tiempos de reacción y concentración de reactivos
    en reacciones de primer orden.
   Realizar ejercicios en los que se involucre la constante de equilibrio de un sistema reversible.
                                                                                              10
   Hacer la exposición oral del tema “Radioisótopos de Importancia en Biología”.
   Hacer una investigación documental sobre la cinética de una enzima específica, en
    colaboración con la asignatura de Bioquímica.
Bibliografía: 1, 2, 3, 5, 7.
A. UNIDAD IV TERMODINÁMICA
B. INTRODUCCIÓN
        En la primeros temas de esta unidad se establecerán los conceptos y principios
fundamentales de la termodinámica (la ciencia que se encarga del estudio de las transformaciones
de la energía), para posteriormente aplicar estos principios a las transformaciones químicas en
general y a las reacciones bioquímicas en particular.
C. OBJETIVOS DE APRENDIZAJE DE LA UNIDAD
        El alumno comprenderá las leyes de la termodinámica y su valor como principios
fundamentales que rigen el comportamiento de toda transformación de la materia;
Aplicará estas leyes para la comprensión de los procesos metabólicos.
D. DURACIÓN DE LA UNIDAD                                      24 HORAS           18T Y 6P
E. CONTENIDOS TEMÁTICOS
1. Definición y conceptos básicos
         1.1 sistema, frontera y medio externo
         1.2 variables extensivas e intensivas
         1.3 funciones de estado
         1.4 estado de equilibrio en un sistema,
         1.5 equilibrio térmico y ley cero de la termodinámica
2. Primera ley de la termodinámica
         2.1 concepto de energía. Calor y trabajo. Energía interna.
         2.2 transformaciones de la energía
         2.3 ley de la conservación de la energía
         2.4 energía atómica. Conversión de masa en energía.
                                                                                              11
        2.5 cambios de energía interna a volumen y a presión constante.
        2.6 cambios de energía interna en reacciones químicas. concepto de entalpía
        2.7 entalpías de formación y de combustión.
        2.8 Ley de Hess.
        2.9 calorimetría
3. Segunda ley de la termodinámica
        3.1 dirección de un cambio. Procesos espontáneos
        3.2 concepto y significado de entropía
        3.3 entropía y caos molecular.
        3.4 entropía y cambios de fase
        3.5 cambios de entropía en las reacciones químicas
        3.6 tercera ley de la termodinámica. Entropías absolutas
        3.7 concepto de energía libre de Gibbs
        3.8 energía libre como criterio de espontaneidad
        3.9 energía libre y constante de equilibrio
F. ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE
Durante el desarrollo de la presente unidad el alumno deberá:
      Realizar la práctica de laboratorio "Cambios Energéticos en las Reacciones Químicas".
      Realizar la práctica de laboratorio "Construcción y Calibración de un Calorímetro”.
      Realizar ejercicios en los que calcule, energías de fusión y fisión nuclear, entalpías,
       entropías y energías libres de las reacciones químicas.
      Buscar en la bibliografía cómo funcionan los reactores nucleares y hacer un cuadro
       sinóptico.
      En colaboración con la asignatura de Bioquímica, hacer una investigación bibliográfica de
       las transformaciones energéticas que tienen lugar en respiración celular anaeróbica y
       aeróbica.
Bibliografía:2, 4, 7, 8, 13
                                                                                              12
A. UNIDAD V. LÍQUIDOS Y SOLUCIONES
B. INTRODUCCIÓN
        El tema líquidos y soluciones tiene para la formación del biólogo marino una importancia
trascendental, no solamente desde la perspectiva oceanográfica sino también fisiológica. En esta
unidad se analizarán las características generales del estado líquido para posteriormente
particularizar en el agua. Se caracterizará a las soluciones y se hará un mayor énfasis en las
soluciones acuosas. Se estudiarán las propiedades coligativas de las soluciones relacionándolas
con los procesos biológicos, especialmente los osmóticos.
C. OBJETIVOS DE APRENDIZAJE DE LA UNIDAD:
Al término de la presente unidad el alumno será capaz de:
Explicar las propiedades generales de los líquidos en función de la teoría cinética.
Describir los equilibrios de fase y su relación con la energía.
Relacionar las propiedades generales de los líquidos con el agua.
Describir las propiedades generales de las soluciones y explicar el concepto de propiedad
coligativa.
Relacionar las propiedades de las soluciones con las propiedades del agua de mar.
D. DURACIÓN DE LA UNIDAD                                       24 HORAS              15T y 9P
E. CONTENIDOS TEMÁTICOS
1. Estado líquido
    1.1. propiedades generales de los líquidos
    1.2. teoría cinética de los líquidos
    1.3. equilibrios de fase. energética de los cambios de fase
    1.4. presión de vapor y temperatura
    1.5. puntos de ebullición y congelación en relación a con la presión de vapor
    1.6. propiedades características del agua
    1.7. el agua y su importancia biológica. Transportación de nutrientes
2. Soluciones
    2.1. expresión de concentraciones.
    2.2. presión de vapor de una solución
                                                                                                 13
    2.3. solución ideal. ley de Raoult
    2.4. soluciones de dos componentes volátiles. Procesos de destilación
    2.5. . puntos de ebullición y congelación de las soluciones
    2.6. ósmosis y presión osmótica
    2.7. propiedades coligativas
    2.8. soluciones acuosas.
    2.9. electrolitos y no electrolitos.
    2.10 electrolitos fuertes y débiles
    2.11 propiedades coligativas de las soluciones de electrolitos fuertes y débiles.
    2.12 osmolaridad.
F. ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE
Durante el desarrollo de la presente unidad el alumno deberá:
   Realizar las siguientes prácticas de laboratorio:
        ̈Viscosidad ̈
        ̈Refractometría "
        ̈Soluciones Binarias. Equilibrio Líquido-Vapor ̈
   Resolver problemas sobre propiedades coligativas de las distintas soluciones.
   Hacer un tríptico o cartel describiendo las propiedades del agua relacionándolas con los
    procesos biológicos.
   Hacer un diagrama de las propiedades del agua de mar, relacionándolas con las propiedades
    de las soluciones.
        Bibliografía: 1, 2, 5, 6, 7, 14, 15
UNIDAD VI. ELECTROQUÍMICA
A. INTRODUCCIÓN
        Se analizarán las transformaciones químicas originadas por el paso de la electricidad, así
como la producción de electricidad mediante trasformaciones químicas. Se establecerán las
relaciones cuantitativas entre electricidad y reacción química y se verán los principios de diseño y
construcción de celdas para la producción de electricidad. Finalmente se explicará a través de los
principios fundamentales de la electroquímica, fenómenos como la transmisión de impulsos
nerviosos y las interacciones de iones en solución, entre sí y con el disolvente.
                                                                                           14
B. OBJETIVOS DE APRENDIZAJE DE LA UNIDAD:
Al término de la presente unidad el alumno será capaz de:
Diferenciar entre celdas electrolíticas y galvánicas;
Definir al Faraday;
Definir el concepto de fuerza electromotriz
Describir los principios que rigen el funcionamiento de un potenciómetro;
D. DURACION DE LA UNIDAD                                     20 HORAS             11T y 9P
E. CONTENIDOS TEMÁTICOS
1. Reacciones de óxido-reducción
    1.1. estequiometría redox
    1.2. equilibrios redox
2. Fuerza electromotriz
    2.1. Celdas galvánicas
    2.2. Potencial de electrodo
        2.2.1. Usos y cálculo
        2.2.2. Potenciómetro
3. Termodinámica de las Celdas Galvánicas
F. ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE
Durante el desarrollo de esta unidad el alumno deberá:
   Realizar la práctica de laboratorio “Reacciones de óxido-reducción: Parte I”
   Realizar la práctica de laboratorio “Reacciones de óxido-reducción: Parte II”
   Realizar la práctica de laboratorio
   Hacer la exposición oral del tema “Ecuación de Nerst y Energía Libre”.
   En equipo elaborarán un crucigrama con los conceptos de toda la unidad el cual deberán
    resolver el resto del grupo.
Bibliografía: 2, 5, 6, 7
                                                                              15
                          MAPA CONCEPTUAL
                                                            Física
Química General
                                                  Se requieren para estudiar
                          FISICOQUÍMICA
                                                Se inicia con
                         Antecedentes históricos
        para comprender
                                         Y su relación
                                         con
              El comportamiento                                 LA ENERGÍA
              de la MATERIA
   Según su estado
 Gases                   Líquidos y Soluciones
                            Y sus transformaciones
                                                                Termodinámica
 Cinética Química           Electroquímica
                               SISTEMA
                             BIOLÓGICO
                                                                                        16
                                 BIBLIOGRAFIA DEL CURSO
BÁSICA:
  1. Brown T. E. LeMay y B. Bursten. 1993. Química. La Ciencia Central. Prentice/ Hall.
      México.
  2. Chang, R. 2008. Fisicoquímica. Mc Graw Hill. México.
  3. Chang, R. 1999. Química. Mc Graw Hill. México.
  4. Crockford H.D. y S.Knight. 1997. Fundamentos de Fisicoquímica. Compañía Editorial
      Cultural S.A. México
  5. Maron S.H. y C. Prutton. 2001. Fundamentos de Fisicoquímica. Limusa. México.
  6. Morris G. 1993. Fisicoquímica para Biólogos. Reverté. México.
  7. Vázquez Duhalt, R. 2001. Termodinámica Biológica. AGT Editores. México
CONSULTA:
  8. Asimov, Isaac, 2006 Breve Historia de la Química, Alianza Editorial, México.
  9. Atkins P.W. 1991. FisicoQuímica. Addison Wesley beroamericana. México.
  10. Brown T. E. LeMay y B. Bursten. 1993. Química. La Ciencia Central. Prentice/ Hall.
      México. .
  11. Lehninger, A, D. Nelson y M. Cox. 1993. Principios de Bioquímica. Ed. Omega S.A.
      Barcelona
  12. Riley J.P. y R. Chester. 1989. Química Marina. AGT Editores. México
  13. Snoeyink, V. y D. Jenkins.1999. Química del Agua. Limusa Grupo Noriega. México.

Regresar
 
  • Datos del Libro :
    155.00
    No. de páginas:

    Editorial:
    COLEGIO DE MEXICO
    Lengua:

    Encuadernación:

    ISBN:
    9786074627848
    Año de Edición:

  • Datos del Libro :
    865.00
    No. de páginas:

    Editorial:

    Lengua:
    INGLES
    Encuadernación:

    ISBN:
    9781426213731
    Año de Edición:

  • Datos del Libro :
    No. de páginas:

    Editorial:
    COBNOR
    Lengua:

    Encuadernación:

    ISBN:
    9786077634126
    Año de Edición:

  • Datos del Libro :
    No. de páginas:

    Editorial:
    IEXE
    Lengua:

    Encuadernación:
    RUSTICA
    ISBN:
    9786079553944
    Año de Edición:

  • Datos del Libro :
    300.00
    No. de páginas:
    262
    Editorial:
    INSTITUTO SUDCALIFORNIANO DE CULTURA
    Lengua:

    Encuadernación:

    ISBN:
    9786079314873
    Año de Edición:
    2015