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SECRETARÍA ACADÉMICA

DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR

PROGRAMA SINTÉTICO

UNIDAD ACADÉMICA: UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA

CARRERA: Ingeniería Ambiental

UNIDAD DE APRENDIZAJE: Fisicoquímica Ambiental NIVEL: III

OBJETIVO GENERAL:

El alumno resolverá problemas teóricos y prácticos relacionados con la termodinámica y cinética de soluciones, superficies y coloides en el ámbito de la Ingeniería Ambiental.

DESCRIPCIÓN GENERAL DE CONTENIDOS:

I. Interacciones entre fluidos del medio ambiente II. Fisicoquímica de superficies

III. Fisicoquímica de sistemas dispersos IV. Cinética química

ORIENTACIÓN DIDÁCTICA:

Los alumnos documentarán bibliográficamente, mediante la guía del profesor, los conceptos que se requieren en los contenidos curriculares de esta unidad de aprendizaje; resolverán colecciones de ejercicios que les permitan reafirmar conceptos estudiados; expondrán los temas indicados por el profesor, siguiendo pautas de honestidad intelectual, originalidad, compromiso y una actitud crítica; realizarán las prácticas de laboratorio, supervisados por el profesor.

EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:

Se evaluará mediante cuatro exámenes parciales por escrito, problemarios resueltos, tareas y prácticas de laboratorio o un examen extraordinario (este examen se puede presentar ya sea para mejorar la calificación obtenida en los exámenes parciales ó para acreditar la asignatura, en cuyo caso, se requiere calificación aprobatoria de la parte práctica del curso). La unidad de aprendizaje se acreditará con una calificación mínima de 6.0 obtenida tanto en la parte teórica como en la parte experimental. Es requisito indispensable aprobar la parte experimental del curso para acreditar la parte teórica.

BIBLIOGRAFÍA:

Barrow, Gordon M. Química Física. Editorial Reverte S.A. España. 1988. 775 págs.

Castellan, W. Gilbert. Fisicoquímica. 2da. Edición. Addison Wesley Longman. México. 1987. 1057 págs. Laideler, Keith J. y Meiser John H. Fisicoquímica. CECSA. México. 1997. 987 págs.

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DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR

UNIDAD ACADÉMICA: Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología

CARRERA: Ingeniería Ambiental

OPCIÓN:

PROFESIONAL ASOCIADO:

ÁREA FORMATIVA: Científica Básica.

MODALIDAD: Escolarizada

UNIDAD DE APRENDIZAJE: Fisicoquímica Ambiental

TIPO DE UNIDAD DE APRENDIZAJE: Teórico-práctica / obligatoria

VIGENCIA: Agosto del 2007

NIVEL: III

CRÉDITOS: 9.0

PROPÓSITO GENERAL

En el ámbito de la licenciatura en Ingeniería en Ambiental, se requieren sólidos conocimientos de los fenómenos que ocurren en solución, tanto en fase homogénea (Fisicoquímica de Soluciones) como en fase heterogénea (Fenómenos de Superficie y Sistemas Coloidales) así como de la velocidad a la que ocurren los procesos (Cinética Química). Estos conocimientos, le permitirán al estudiante afrontar integralmente la resolución de problemas teóricos y prácticos relacionados con el área de su especialidad. Esta asignatura tiene como antecedentes a la Termodinámica, Química Inorgánica, Química Orgánica, Métodos Cuantitativos, Física, Matemáticas y Estadística.

OBJETIVO GENERAL

El alumno resolverá problemas teóricos y prácticos relacionados con la termodinámica y cinética de soluciones, superficies y coloides en el ámbito de la Ingeniería Ambiental.

TIEMPOS ASIGNADOS HORAS TEORÍA/SEMANA: 3.0 HORAS PRÁCTICA/SEMANA: 3.0 HORAS TEORÍA/NIVEL: 54.0 HORAS PRÁCTICA/NIVEL: 54.0 HORAS TOTALES/NIVEL: 108.0 UNIDAD DE APRENDIZAJE DISEÑADA O REDISEÑADA POR:

Academia de Fisicoquímica

REVISADA POR: Subdirección Académica

APROBADA POR: Consejo Técnico Consultivo Escolar

Dr. Enrique Durán Páramo

AUTORIZADO POR: Comisión de Programas Académicos del Consejo General Consultivo del IPN

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UNIDAD DE APRENDIZAJE: Fisicoquímica Ambiental HOJA: 2 DE 8

N° UNIDAD TEMÁTICA: I NOMBRE: Interacciones entre fluidos del medio ambiente

OBJETIVOS PARTICULARES

El alumno resolverá problemas teóricos y prácticos que involucren propiedades termodinámicas y coligativas de electrolitos y no electrolitos, y diagramas de fases en sistemas de dos y tres componentes de interés en la Ingeniería Ambiental.

No. CONTENIDOS T P T A A BIBLIOGRÁFICA CLAVE

1.1 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 1.3.6 1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.4.4

Presentación del curso Disoluciones

Definición y clasificación Descripción termodinámica Ideales.

Reales

Equilibrios en sistemas multicomponentes Regla de las fases de Gibbs

Sistemas líquido-líquido

Sistemas líquido-gas. Ley de Henry Sistemas líquido-sólido

Sistemas de tres componentes líquidos Propiedades coligativas

Aplicaciones en el área de la Ingeniería Ambiental

Comportamiento de algunos Compuestos Orgánicos Volátiles (COV), por ejemplo tolueno y benceno

Comportamiento de la solubilidad de algunos contaminantes gaseosos, por ejemplo: CH4, CO2 e H2.

Desmineralización de agua salina por ósmosis inversa Remoción de contaminantes del agua por ósmosis inversa

1.5 4.5 6.0 3.0 3.0 9.0 9.0 6.0 3.0 3.0 1C 2C 3B 4B 5C 6C 7C 10C 11C 12B 14C 15C 16C 17C 18C 21C ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS

Documentación bibliográfica por parte del alumno, mediante la guía del profesor, de los conceptos de electrolitos y no electrolitos, diagramas de fases en sistemas de dos y tres componentes. Exposición y análisis en grupo, de los conceptos documentados, coordinados por el profesor. Resolución en clase y durante el tiempo de aprendizaje autónomo de la colección de ejercicios indicada por el profesor. Realización, por parte de los alumnos, de las prácticas de laboratorio, supervisados por el profesor.

EVALUACIÓN DE LOS APRENDIZAJES

Examen de conocimientos por escrito que contará un 60% e incluirá las unidades temáticas 1.1 – 1.4.

Exposiciones, resolución de la colección de ejercicios, colección de búsquedas documentales y demás tareas contarán un 10%.

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N° UNIDAD TEMÁTICA: II NOMBRE: Fisicoquímica de superficies

El alumno resolverá problemas teóricos y prácticos que involucren aspectos de tensión superficial e interfacial, así como la utilización de modelos matemáticos de isotermas de adsorción.

2.1 2.1.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.2.6 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5 Fenómenos superficiales

Tensión superficial y energía libre superficial. Surfactantes. Comportamiento de jabones y detergentes en aguas residuales. Adsorción. Definición y clasificación

Definición de isoterma de adsorción Isoterma de adsorción de Gibbs Modelo de adsorción de Freundlich Modelo de adsorción de Henry Isoterma de adsorción de Langmuir Modelo de adsorción de B.E.T

Aplicaciones en el área de la Ingeniería Ambiental

Carbón vegetal para eliminar gases contaminantes como CH4 Eliminación de materia orgánica de aguas naturales y residuales Eliminación de contaminantes inorgánicos (trihalometanos y pesticidas) del agua potable

Eliminación de contaminantes orgánicos de aguas residuales tratadas

Tratamiento de desechos peligrosos

4.5 4.5 1.5 3.0 3.0 6.0 4.5 3.0 1C 2C 3B 4B 5C 6C 7C 8C 9C 10C 11C 12B 19C 20C ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS

Documentación bibliográfica por parte del alumno, mediante la guía del profesor, de los conceptos de los fenómenos superficiales. Exposición y análisis en grupo, de los conceptos documentados, coordinados por el profesor. Resolución en clase y durante el tiempo de aprendizaje autónomo de la colección de ejercicios indicada por el profesor.

Realización, por parte de los alumnos, de las prácticas de laboratorio de adsorción sobre carbón activado e isotermas de adsorción, supervisados por el profesor.

Examen de conocimientos por escrito que contará un 60% e incluirá las unidades temáticas 2.1 - 2.3

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N° UNIDAD TEMÁTICA: III NOMBRE: Fisicoquímica de sistemas dispersos

El alumno clasificará a los sistemas coloidales y resolverá problemas relacionados con la determinación de peso molecular de biomoléculas basados en sus propiedades ópticas, cinéticas y eléctricas.

3.1 3.1.1 3.1.2 3.2 3.2.1 3.2.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.5 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.4 Sistemas coloidales

Definición y caracterización de los coloides

Coloides en aire: humus, partículas PM2 y PM10, metales en aire, hidrocarburos en agua.

Propiedades ópticas de los coloides Efecto Faraday-Tyndall

Relación del peso molecular del gas contaminante con las propiedades ópticas

Propiedades cinéticas de los coloides

Difusión y movimiento de las partículas dispersas Sedimentación y centrifugación de partículas dispersas Viscosidad

Propiedades cinéticas de los contaminantes coloidales y su relación con el tipo de contaminante

Propiedades eléctricas de los coloides

Definición de doble capa eléctrica. (teoría de Stern) de la partícula Potencial Z y fenómenos electrocinéticos. (Electrofóresis,

electrodiálisis, electroósmosis, intercambio de iones en suelo, etc.) Métodos de preparación y estabilizacion de dispersiones coloidales Aplicaciones en el área de la Ingeniería Ambiental

Importancia de los coloides en la depuración de los contaminantes del agua

Coagulación y floculación de materia orgánica en aguas residuales Desmineralización de agua salina por diálisis

Remoción de contaminantes del agua por electrodiálisis

3.0 3.0 3.0 3.0 1.5 6.0 6.0 3.0 1.5 3.0 1.5 3.0 1C 2C 3B 4B 7C 8C 9C 10C 11C 12B 14C 15C 16C 17C 18C 19C 21C ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS

Documentación bibliográfica por parte del alumno, mediante la guía del profesor, de los conceptos de los sistemas dispersos. Exposición y análisis en grupo, de los conceptos documentados, coordinados por el profesor. Resolución en clase y durante el tiempo de aprendizaje autónomo de la colección de ejercicios indicada por el profesor.

Realización, por parte de los alumnos, de las prácticas de laboratorio de preparación e identificación de emulsiones y tensoactivos y su comportamiento en la interfase, supervisados por el profesor.

Examen de conocimientos por escrito que contará un 60% e incluirá las unidades temáticas 3.1 - 3.5

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N° UNIDAD TEMÁTICA: IV NOMBRE: Cinética química

El alumno resolverá problemas relacionados con la cinética de las reacciones químicas y el efecto de la temperatura en base a la ecuación de Arrhenius, las teorías referentes al complejo activado, la teoría de colisión y energía de activación. Utilizará los criterios de adsorción y los de cinética, para aplicarlos a la catálisis homógenea y heterogénea, en el ámbito de la Ingeniería Ambiental.

4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.2 4.2.1 4.2.1.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.4 4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.5 4.5.1 4.6 4.7 4.7.1 4.7.2 4.7.3 4.7.4

Velocidad de reacción química

Definición de velocidad de reacción y ecuación cinética Orden de reacción y molecularidad

Constante de velocidad específica y tiempo de vida media Orden de reacción en sistemas homogéneos

Cálculo de orden de reacción en reacciones irreversibles de orden cero, primero, segundo y tercero

Método de integración, método de la vida media y método diferencial

Reacciones reversibles de orden primero y segundo Orden de reacciones seudomoleculares y paralelas Modelo cinético de radioactividad y crecimiento

Efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción Definición de la energía de activación de una reacción Teoría de colisiones y complejo activado

Ecuación de Arrhenius

Efecto del catalizador sobre la velocidad de reacción Definición de catalizadores y tipo de catálisis

Catálisis homogénea ácido-base Catálisis heterogénea

Efecto del solvente sobre la velocidad de reacción Fuerza iónica. Constante dieléctrica

Cinética enzimática

Aplicaciones en el área de la Ingeniería Ambiental Orden de reacción en la oxidación de amoniaco a nitrito Orden de reacción en la oxidación de glucosa por bacterias Orden de reacción en la disolución y remoción de gases del agua Orden de reacción en la muerte de microorganismos por

desinfección 3.0 1.5 3.0 3.0 1.5 1.5 1.5 3.0 3.0 6.0 3.0 1.5 4.5 3.0 1.5 1.5 1.5 3.0 1C 2C 3B 4B 5C 6C 7C 10C 11C 12B 13B 14C 15C 16C 17C 18C 21C ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS

Documentación bibliográfica por parte del alumno, mediante la guía del profesor, de los conceptos de la cinética química. Exposición y análisis en grupo, de los conceptos documentados, coordinados por el profesor. Resolución en clase y durante el tiempo de aprendizaje autónomo de la colección de ejercicios indicada por el profesor. Realización, por parte de los alumnos, de las prácticas de laboratorio de cinética química, supervisados por el profesor.

Examen de conocimientos por escrito que contará un 60% e incluirá las unidades temáticas 4.1 – 4.7

Exposiciones, resolución de la colección de ejercicios, colección de investigaciones documentales y demás tareas contarán un 10%.

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RELACIÓN DE PRÁCTICAS

PRÁC-TICA No.

NOMBRE DE LA PRÁCTICA UNIDADES

TEMÁTICAS

DURACIÓN LUGAR DE REALIZACIÓN

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Presentación de las condiciones de desarrollo del laboratorio. Introducción al manejo de gráficas, relación de unidades, elaboración de informes, etc. Determinación de densidad, viscosidad e índice de

refracción

Equilibrio líquido-vapor de sistemas binarios Equilibrio de sistemas de tres componentes Propiedades coligativas

Adsorción de ácido acético en carbón activado

Isoterma de adsorción de Gibbs

Preparación e identificación de emulsiones Tensoactivos y su comportamiento en la interfase

Relojes químicos

Cinética química de primer orden Cinética química de segundo orden

Sesión de práctica libre: otras aplicaciones en la Ingeniería Ambiental I I I I II II III III IV IV IV IV 6.0 3.0 6.0 6.0 3.0 3.0 6.0 6.0 3.0 3.0 3.0 6.0

Todas las prácticas se realizarán en el Laboratorio de Fisicoquímica.

EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:

Examen por escrito en forma individual al inicio de cada sesión (1.0 punto) Bitácora individual (1.0 punto)

Informe de práctica por equipo (4.0 puntos) Examen por bloque de prácticas (2.0 puntos) Seminario por equipo (2.0 puntos)

Y corresponde al 30 % de la calificación total de la unidad de aprendizaje.

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PERÍODO

UNIDAD

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN

1 2 3 4 I II III IV I-IV

Examen escrito (60%), exposiciones, colección de ejercicios resueltos, colección de búsquedas documentales y demás tareas (10%). Prácticas de laboratorio (30%)

Examen extraordinario de acuerdo al calendario vigente. Para su presentación, se requiere calificación aprobatoria en el curso práctico.

El curso práctico se califica de la siguiente manera: Examen previo a la práctica 1.0 punto

Bitácora 1.0 punto Informe de práctica 4.0 puntos Examen parcial 2.0 puntos Seminario 2.0 puntos

Y corresponde al 30 % de la calificación total de la unidad de aprendizaje.

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CLAVE B C

BIBLIOGRAFÍA

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X

Atkins, P.W. Fisicoquímica. Addison-Wesley. Argentina. 1985. 969 págs.*

Avendaño, C. Introducción a la Química Farmacéutica. Mc Graw Hill. España. 1993. 1019 págs.

Barrow, Gordon M. Química Física. Editorial Reverte S.A. España. 1988. 775 págs.* Castellan, W. G. Fisicoquímica. 2da. Edición. Addison Wesley Longman. México. 1987. 1057 págs.*

Crockford, Z.J.A. y Knight, S. B. Fundamentos de Fisicoquímica. CECSA. México. 1979. 469 págs.

Glasstone, S. Tratado de Química Física. 1ra. Edición. Aguilar Ediciones. España. 1979. 1180 págs.

Guerasimov. Curso de Química Física. 2 tomos. Editorial J & A Churchill LTD. Great Britain. 1967. 1306 págs.

Hiemenz, Paul C. Principles of Colloid and Surface Chemistry. 2da. Edition. Marcel Decker. New York. 1986. 815 págs.*

Jirgensons, B. y Straumanis, M.E. Compendio de Química Coloidal. CECSA. México 1965. 610 págs.

Knight, A.R. Introductory Physical Chemistry. Prentice-Hall Inc. USA. 1970. 344 págs. Laideler, Keith J. y Meiser, John H. Fisicoquímica. CECSA. México. 1997. 987 págs.* Levine, Ira N. Fisicoquímica. 4ta. Edición. McGraw-Hill. España. 1996. 1002 págs.* Logan, S. R. Fundamentos de Cinética Química. Addison Wesley Iberoamericana. Madrid, España. 2000. 272 págs.*

Martin, Alfred N. Physical Pharmacy:Physical Chemical Principles in the Pharmaceutical Sciences. Lea & Febigen. Philadelphia. 1993. 744 págs.

Morris, J.G. Fisicoquímica para Biólogos. Editorial Reverte S.A. España. 1980. 367 págs.*

Parratt, Eugene L. Pharmaceutical Technology, Fundamental Pharmaceutics. Burgess Publishing Company. USA 1971. 415 págs.

Saunders, L. Fisicoquímica para Estudiantes de Biologia, Farmacia y Medicina. Editorial: El Manual Moderno S.A. México. 1978. 498 págs.

Schkin, E.D. Química Física Termodinámica Química. Editorial Toray Masson S.A. España. 1972. 643 págs.*

Shaw, Duncan J. Introducción a al Química de Superficies y Coloides. Alhambra S.A. España. 1977. 276 págs.*

Somorjai, G.A. Fundamentos de Química de Superficies. Alhambra S.A. España. 1975. 339 págs.*

Tinoco, I.; Saber, K.; Wang, J. C. Fisicoquímica Principios y Aplicaciones en las Ciencias Biológicas. Prentice Hall Inc. Carbajal S.A. Colombia. 1980. 634 págs.

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PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA

1. DATOS GENERALES

ESCUELA: UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA

CARRERA: Ingeniería Ambiental NIVEL: III

ÁREA: BÁSICAS C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA C. SOC. y HUM.

ACADEMIA: Fisicoquímica ASIGNATURA: Fisicoquímica Ambiental

ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Licenciatura, especialidad, maestría o doctorado en ciencias químicas o cubriendo los requisitos de experiencia profesional.

2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno resolverá problemas teóricos y prácticos relacionados con la termodinámica y cinética de soluciones, superficies y coloides en el ámbito de la Ingeniería Ambiental. 3. PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS EXPERIENCIA PROFESIONAL HABILIDADES ACTITUDES Amplios conocimientos en fisicoquímica y sus aplicaciones en el área respectiva.

Haber impartido con anterioridad la asignatura a nivel superior o posgrado.

Tener experiencia en trabajos de laboratorios de investigación o en la industria química.

Poseer una formación docente.

Comunicación Establecimiento de ambientes favorables para el aprendizaje. Solución de problemas reales. Análisis y síntesis. Motivar el estudio, el razonamiento y la investigación. Uso de materiales didácticos. Manejo de grupos. Creatividad. Sólidos conocimientos en química y matemáticas. Ejercicio de la crítica fundamentada.

Respeto (buena relación maestro-alumno). Tolerancia.

Compromiso con la docencia. Ética y responsabilidad científica.

Colaboración.

Actualización permanente. Disposición para su formación docente.

ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ

__________________________ ________________________ _____________________ M. en C. Juan Ramírez Balderas Dr. Gustavo Valencia del Toro Dr. Enrique Durán Páramo

PRESIDENTE DE ACADEMIA SUBDIRECTOR ACADÉMICO DIRECTOR