Coneixemnets bàsics sobre l'estructura atómica i les propietats periòdiques dels elements.

(1)

Competències de la titulació a les quals contribueix l'assignatura

Altres: Definit a la infoweb de l'assignatura. Responsable: Definit a la infoweb de l'assignatura. Unitat que imparteix:

Curs:

Crèdits ECTS:

745 - EAB - Departament d'Enginyeria Agroalimentària i Biotecnologia 2018

GRAU EN ENGINYERIA DE SISTEMES AEROESPACIALS (Pla 2015). (Unitat docent Obligatòria) GRAU EN ENGINYERIA DE SISTEMES AEROESPACIALS/GRAU EN ENGINYERIA DE SISTEMES DE TELECOMUNICACIÓ - ENGINYERIA TELEMÀTICA (AGRUPACIÓ DE SIMULTANEÏTAT) (Pla 2015). (Unitat docent Obligatòria)

GRAU EN ENGINYERIA DE SISTEMES AEROESPACIALS/GRAU EN ENGINYERIA DE SISTEMES DE TELECOMUNICACIÓ (Pla 2015). (Unitat docent Obligatòria)

GRAU EN ENGINYERIA DE SISTEMES AEROESPACIALS/GRAU EN ENGINYERIA TELEMÀTICA (Pla 2015). (Unitat docent Obligatòria)

6 Idiomes docència: Català, Castellà

Unitat responsable: 300 - EETAC - Escola d'Enginyeria de Telecomunicació i Aeroespacial de Castelldefels

Titulació:

Professorat

Específiques: Genèriques: Transversals:

1. CE 4 AERO. Capacidad para comprender y aplicar los principios de conocimientos básicos de la química general, química orgánica e inorgánica y sus aplicaciones en la ingeniería. (CIN/308/2009, BOE 18.2.2009)

4. ÚS EFICIENT D'EQUIPS I INSTRUMENTACIÓ - Nivell 1: Utilitzar correctament instrumental, equips i programari dels laboratoris d'ús general o bàsics. Realitzar els experiments i pràctiques proposats i analitzar els resultats obtinguts. 2. SOSTENIBILITAT I COMPROMÍS SOCIAL - Nivell 1: Analitzar sistèmicament i críticament la situació global, atenent la sostenibilitat de forma interdisciplinària així com el desenvolupament humà sostenible, i reconèixer les implicacions socials i ambientals de l'activitat professional del mateix àmbit.

3. TREBALL EN EQUIP - Nivell 1: Participar en el treball en equip i col·laborar-hi, un cop identificats els objectius i les responsabilitats col·lectives i individuals, i decidir conjuntament l'estratègia que s'ha de seguir.

Objectius d'aprenentatge de l'assignatura

Les hores d'aprenentatge dirigit en grup gran consisteixen a fer classes teòriques en què el professorat exposa el

contingut de la matèria. Paral·lelament i mitjançant exercicis i exemples pràctics intenta motivar i involucrar l'estudiantat perquè participi activament en el seu aprenentatge i per completar els coneixements explicats a les classes teòriques. L'aprenentatge dirigit en grup petit consisteix a realitzar pràctiques de laboratori, que es fan generalment en grups de dos alumnes. Les pràctiques estan dissenyades per reforçar els conceptes teòrics i permeten desenvolupar habilitats bàsiques de tipus instrumental a un laboratori i a l'hora reforçar la competència genèrica de treball en equip.

En general, després de cada sessió es proposen tasques fora de l'aula, com per exemple lectures orientades i resolució de qüestions i problemes individuals o en grup , que s'han de treballar i que són la base de l'aprenentatge guiat i autònom.

Metodologies docents Capacitats prèvies

(2)

En acabar l'assignatura de Química, l'estudiant/a ha de ser capaç de:

- Identificar, formular i resoldre problemes que relacionin l'estructura electrònica i atòmica amb les propietats periòdiques dels elements, les seves propietats químiques i físiques i els diferents tipus d'enllaç.

- Identificar les diferents xarxes cristal·lines dels materials sòlids. - Definir les imperfeccions que presenten els sòlids.

- Explicar la difusió sòlid-sòlid i la seva dependència amb la temperatura. - Identificar possibles aplicacions industrials de la difusió sòlid-sòlid.

- Explicar el procés de corrosió i identificar, en funció de les característiques químiques, les substàncies i materials potencialment corrosius.

- Resoldre exercicis i problemes sobre corrosió i conèixer la seva importància en la indústria aeronàutica.

- Explicar el procés de combustió i identificar, en funció de les característiques químiques, les substàncies combustibles. - Resoldre exercicis i problemes sobre diferents models de cinètica química i combustió.

Dedicació total: 150h Hores grup gran: Hores grup mitjà: Hores grup petit:

Hores activitats dirigides: Hores aprenentatge autònom:

26h 13h 13h 14h 84h 17.33% 8.67% 8.67% 9.33% 56.00%

(3)

Continguts

Estructura atòmica i enllaç

Estructura cristal·lina, imperfeccions en sòlids i

difusió

Dedicació: 25h Dedicació: 42h Grup gran/Teoria: 6h Grup mitjà/Pràctiques: 3h Grup petit/Laboratori: 0h Activitats dirigides: 2h Aprenentatge autònom: 14h Grup gran/Teoria: 10h Grup mitjà/Pràctiques: 5h Grup petit/Laboratori: 3h Activitats dirigides: 4h Aprenentatge autònom: 20h 1.1 Números atòmics, estructura electrònica i atòmica

1.2 Propietats periòdiques 1.3 Tipus d'enllaç

1.4 Fenòmens de desintegració nuclear

2.1 Cel·la unitat

2.2 Sistemes i estructures cristal·lines 2.3 Direccions i plànols cristal·logràfics 2.4 Defectes puntuals

2.5 Imperfeccions

2.6 Fenomen i mecanismes de difusió. Difusió estacionaria i no estacionaria 2.7 Dependència de la difusió amb la temperatura

2.8 Solucions sòlides. Diagrames de fase. Aliatges Descripció:

Descripció:

Activitats vinculades:

Activitat 1. Proves individuals d'avaluació. Control 1. Activitat 2. Pràctica en aula informàtica.

Activitat 3. Activitats dirigides 5 i 6.

Activitat 1. Proves individuals d'avaluació. Control 1. Activitat 2. Activitats de laboratori (aula informàtica). Activitat 3. Activitats dirigides 7, 8 i 9.

(4)

Electroquímica

Combustió

Dedicació: 42h Dedicació: 41h Grup gran/Teoria: 5h Grup mitjà/Pràctiques: 3h Grup petit/Laboratori: 5h Activitats dirigides: 4h Aprenentatge autònom: 25h Grup gran/Teoria: 5h Grup mitjà/Pràctiques: 2h Grup petit/Laboratori: 5h Activitats dirigides: 4h Aprenentatge autònom: 25h 3.1 Reaccions redox 3.2 Potencial de cel·la

3.3 Energia lliure i treball elèctric

3.4 Processos electroquímics en bateries de vehícles aeroespacials 3.5 Corrosió. Agents corrosius i antioxidants

4.1 Mecanismes de reacció 4.2 Cinètica química

4.3 Reaccions en cadena. Explosions

4.4 Dependència de la velocitat de reacció amb la temperatura 4.5 Combustions. Exemples de combustions en motors d'aviació Descripció:

Descripció:

Activitats vinculades:

Activitat 1. Proves individuals d'avaluació. Control 2. Activitat 2. Activitats de laboratori.

Activitat 3. Activitats dirigides 10 i 11.

Activitat 1. Proves individuals d'avaluació. Control 2. Activitat 2. Activitats de laboratori.

(5)

Planificació d'activitats

1. PROVA INDIVIDUAL D'AVALUACIÓ.

CONTROL 1

2. PROVA INDIVIDUAL D'AVALUACIÓ.

CONTROL 2

Descripció:

Preguntes curtes i temes a desenvolupar relacionats amb els continguts teòrics a les classes, al laboratori i en les activitats en aula informàtica. Concretament s'avaluen els continguts: "Estructura atòmica i enllaç" i

"Estructura cristal·lina, imperfeccions en sòlids i difusió".

Preguntes curtes i temes a desenvolupar relacionats amb els continguts teòrics a les classes, al laboratori i en les activitats en aula informàtica. Concretament s'avaluen els continguts: "Electroquímica" i "Combustió". Material de suport:

Material de suport: Taules i calculadora.

Taules i calculadora.

Descripció del lliurament esperat i vincles amb l'avaluació:

Descripció del lliurament esperat i vincles amb l'avaluació: Resolució de la prova per part de l'estudiant o estudianta.

Registre per part del professorat de la comprovació de l'aprenentatge autònom i dirigit de l'estudiantat. Els resultats intervenen en la avaluació global proposada

Resolució de la prova per part de l'estudiant o estudianta.

Registre per part del professorat de la comprovació de l'aprenentatge autònom i dirigit de l'estudiantat. Els resultats intervenen en l'avaluació global proposada.

Objectius específics:

Aquesta prova avalua l'assoliment, per part dels alumnes, de:

a) les propietats periòdiques dels elements així com les propietats macroscòpiques que se'n deriven. b) les característiques dels diferents tipus d'enllaç, així com les propietats macroscòpiques que se'n deriven. c) els paràmetres que defineixen una estructura cristal·logràfica i les diferents tipus de xarxes.

d) les característiques del mecanisme de difusió i les seves aplicacions industrials.

e) la caracterització dels diferents tipus d'imperfeccions en sòlids, les seves aplicacions i repercussions industrials. Grup gran/Teoria: 1h Grup mitjà/Pràctiques: 0h Grup petit/Laboratori: 0h Activitats dirigides: 0h Aprenentatge autònom: 0h Grup gran/Teoria: 1h Grup mitjà/Pràctiques: 0h Grup petit/Laboratori: 0h Activitats dirigides: 0h Aprenentatge autònom: 0h Dedicació: 1h Dedicació: 1h

(6)

3. LABORATORI

4. PRÀCTICA EN AULA INFORMÀTICA

Descripció:

Pràctiques en laboratori de 2h de dedicació. L'assistència a les pràctiques de laboratori és obligatòria. Les pràctiques es fan en grups de 2 estudiants.

Al laboratori es treballen de manera pràctica els continguts "Electroquímica" i "Combustió". Material de suport:

Material i reactius necessaris per a la realització de les pràctiques Guió detallat de les practiques a realitzar i qüestionari

Registre per part del professorat de la comprovació de l'aprenentatge dirigit de l'estudiantat .

Els resultats intervenen en la qualificació de les activitats pràctiques. L'avaluació d'aquesta activitat es basa en els informes que han de presentar els alumnes de cada pràctica i suposa un 10% de la qualificació final.

Aquesta prova avalua l'assoliment, per part dels alumnes, de:

a) els conceptes d'energia lliure i treball elèctric en base al potencial electroquímic.

b) els processos electroquímics més rellevants que tenen lloc en bateries de vehícles aeroespacials. c) conèixer els agents més corrosius així com els elements i/o productes antioxidants.

d) comprendre el mecanisme de combustió, a nivell molecular, així com el d'explosió. e) conèixer i aplicar la dependència de la velocitat de la reacció química amb la temperatura.

En finalitzar les pràctiques l'estudiant o estudianta ha de ser capaç de: - Treballar al laboratori seguint les pautes mediambientals i de seguretat - Valorar la importància de l'organització de la feina de laboratori

- Realitzar correctament les operacions de maneig de material de laboratori i mostres químiques - Utilitzar correctament l'instrumental de laboratori

- Valorar els resultats propis obtinguts per a cada grup de pràctiques i referenciar-ho amb els resultats dels altres grups.

- Identificar en exemples pràctics reals de laboratori l'energia lliure i el treball elèctric en un procés electroquímic. - Conèixer els agents químics corrosius més importants, així com els elements i/o productes antioxidants.

- Realitzar reaccions d'oxido-reducció, i fer un seguiment dels paràmetres més importants d'aquestes reaccions. - Deduir, a partir de reaccions químiques controlades al laboratori, la dependència de la velocitat de la reacció química amb la temperatura.

- Realitzar combustions controlades, i fer un seguiment dels paràmetres més importants d'aquestes reaccions. Grup gran/Teoria: 0h Grup mitjà/Pràctiques: 0h Grup petit/Laboratori: 10h Activitats dirigides: 0h Aprenentatge autònom: 18h Grup gran/Teoria: 0h Grup mitjà/Pràctiques: 0h Grup petit/Laboratori: 3h Activitats dirigides: 0h Aprenentatge autònom: 3h Dedicació: 28h Dedicació: 6h

(7)

5. PROPIETATS PERIÒDIQUES DELS

ELEMENTS QUÍMICS

6. ENLLAÇ QUÍMIC

Descripció: Descripció: Descripció:

Pràctiques en aula informàtica de 2h de dedicació. L'assistència a les pràctiques en aula informàtica és obligatòria. Les pràctiques es fan de manera individual.

A l'aula d'informàtica es treballen de manera pràctica els continguts : "Estructura atòmica i enllaç" i "Estructura cristal·lina, imperfeccions en sòlids i difusió".

En grups de 10 estudiants es deduiran les diferents propietats periòdiques, en funció de la posició que l'element ocupa a la Taula Periòdica. L'activitat es desenvolupa en un aula de treball cooperatiu.

En grups de 10 estudiants discutiran els diferents enllaços i interaccions químiques que es poden donar, en funció de la posició que un element ocupa a la Taula Periòdica. L'activitat es desenvolupa en un aula de treball cooperatiu.

Material de suport:

Guió de practiques i ordinador individual

Taula Periòdica dels Elements

Registre per part del professorat de la comprovació de l'aprenentatge dirigit de l'estudiantat.

Els resultats intervenen en la qualificació de les activitats pràctiques. L'avaluació d'aquesta activitat es basa en els informes que han de presentar els alumnes de cada pràctica, i suposa un 10% de la qualificació final.

Els estudiants presentaran una discussió raonada de la relació que hi ha entre les propietats periòdiques dels elements, la posició que l'element ocupa a la Taula, i les conseqüències macroscòpiques que es poden derivar d'aquestes propietats. Pes a l'avaluació final: 2%.

En finalitzar les pràctiques l'estudiant o estudianta ha de ser capaç de:

- Valorar la potencialitat i/o limitacions dels models matemàtics que es poden emprar per simular diferents xarxes cristal·lines i estudiar processos de difusió.

- Valorar els resultats propis i referenciar-ho amb els resultats dels companys.

- Conèixer les característiques dels diferents tipus d'enllaç, així com deduir les propietats macroscòpiques que es deriven.

- Identificar els paràmetres que defineixen una estructura cristal·logràfica i els diferents tipus de xarxes. - Entendre les característiques del mecanisme de difusió.

- Caracteritzar els diferents tipus d'imperfeccions en sòlids.

Relacionar les propietats periòdiques amb la configuració electrònica de cada element. Activitats dirigides: 1h

Activitats dirigides: 1h Dedicació: 1h

(8)

8. DIFUSIÓ SÒLID - SÒLID

9. DIFUSIÓ EN SÒLIDS

Descripció:

En grups de 10 estudiants es construiran models tridimensionals de les cel·les unitats més representatives. L'activitat es desenvolupa en un aula de treball cooperatiu.

A partir dels resultats de l'activitat anterior, en grups de 10 estudiants es representaran i dibuixaran els defectes puntuals i les imperfeccions de les xarxes cristal·logràfiques. L'activitat es desenvolupa en un aula de treball cooperatiu.

Taula Periòdica dels Elements. Models moleculars en tres dimensions.

Models moleculars en tres dimensions

Els estudiants presentaran una discussió raonada de la relació que hi ha entre les propietats periòdiques dels elements, la posició que l'element ocupa a la Taula, i les conseqüències macroscòpiques que es poden derivar, en quant a la formació d'enllaços i interaccions electrostàtiques entre diferents elements. Pes a l'avaluació final: 2%.

Els estudiants presentaran un petit treball on descriuran les diferents cel·les unitats i els elements cristal·logràfics més rellevants.

Els estudiants presentaran un petit treball on descriuran els defectes puntuals i les imperfeccions cristal·logràfiques més rellevants, destacant les possibles implicacions i aplicacions industrials. Objectius específics:

Predir els diferents enllaços i interaccions químiques que un element pot formar en funció de les seves propietats periòdiques.

Consolidar el coneixement sobre la cel·la unitat cristal·logràfica i identificar els elements cristal·logràfics en models 3D.

Consolidar el coneixement sobre les imperfeccions cristal·logràfiques i els defectes puntuals, i reproduir-los utilitzant models 3D.

7. ESTRUCTURA CRISTAL·LINA

Activitats dirigides: 1h Activitats dirigides: 2h Dedicació: 1h Dedicació: 2h

(9)

10. REACCIONS REDOX

11. PRÀCTIQUES FENÒMENS DE CORROSIÓ

12. COMBUSTIÓ I EXPLOSIÓ

Descripció:

En grups de 10 estudiants es realitzaran i discutiran exercicis i problemes sobre la difusió sòlid - sòlid i la seva dependència amb la temperatura. L'activitat es desenvolupa en un aula de treball cooperatiu.

En grups de 10 estudiants es realitzaran i discutiran exercicis i problemes sobre diferents reaccions redox. L'activitat es desenvolupa en un aula de treball cooperatiu.

En grups de 20 estudiants es discutiran i valoraran globalment els resultats trobats a les sessions pràctiques, sobre els experiments d'oxidacció-reducció. A partir dels resultats trobats al laboratori, es discutiran els efectes de la corrosió i les visualitzacions industrials més importants. L'activitat es desenvolupa en una aula de treball cooperatiu.

En grups de 10 estudiants es realitzaran i discutiran exercicis i problemes sobre diferents reaccions de combustió, explosió i cinètica química. L'activitat es desenvolupa en una aula de treball cooperatiu.

Enunciats dels exercicis i problemes en format electrònic i paper.

Resultats de les pràctiques de tots els grups.

Els estudiants presentaran els resultats dels exercicis i problemes plantejats. Pes a l'avaluació final: 2%. Objectius específics:

Consolidar el coneixement sobre el fenomen de difusió en sòlids, i l'efecte de la temperatura.

Comprovar que els estudiants entenen el mecanisme de les reaccions redox i poden resoldre les més rellevants.

Comparar els resultats propis obtinguts en les pràctiques amb els resultats de la resta de grups. Treballar estadísticament els resultats. Orientar els alumnes per a la redacció dels informes de pràctiques.

Activitats dirigides: 2h Activitats dirigides: 2h Activitats dirigides: 2h Dedicació: 2h Dedicació: 2h Dedicació: 2h

(10)

13. PRÀCTIQUES DE COMBUSTIÓ

S'aplicaran els criteris d'avaluació definits a la infoweb de l'assignatura.

Sistema de qualificació

Normes de realització de les activitats

Per a la realització de les pràctiques al laboratori cal portar el guió de pràctiques i respectar les normes de seguretat i higiene, i de tractament de residus. L'assistència a les pràctiques de laboratori és obligatòria, i per tant, la no assistència a alguna de les pràctiques suposaria un "0" (zero) a l'avaluació de la memòria corresponent.

Les pràctiques que es fan als laboratoris es realitzen en grups de dos estudiants. Les pràctiques que es desenvolupen a les aules d'informàtica es realitzen de manera individual.

Descripció:

En grups de 20 estudiants es discutiran i valoraran globalment els resultats trobats a les sessions pràctiques, sobre els experiments de combustió i cinètica química. A partir dels resultats trobats al laboratori, es discutiran les aplicacions industrials més importants. L'activitat es desenvolupa en una aula de treball cooperatiu.

Enunciats dels exercicis i problemes en format electrònic i paper.

Resultats de les pràctiques de tots els grups. Objectius específics:

Comprovar que els estudiants entenen el mecanisme d'una reacció de combustió i d'una explosió, i son capaços de aplicar-ho a aplicacions industrials d'aeronavegació.

Comparar els resultats propis obtinguts en les pràctiques amb els resultats de la resta de grups. Treballar estadísticament els resultats. Orientar els alumnes per a la redacció dels informes de pràctiques.

Activitats dirigides: 2h Dedicació: 2h

(11)

Bibliografia

Bàsica:

Complementària:

Chang, R. Fundamentos de química. McGraw-Hill, 2011. ISBN 9786071505415.

Pando García-Pumarino, Concepción; Iza Cabo, Nerea; Petrucci, Ralph H. Química general : principios y aplicaciones modernas. 10a ed. Madrid [etc.]: Pearson Prentice Hall, 2011. ISBN 9788483226803.

Smith, William F.; Hashemi, Javad; Nagore Cázares, Gabriel. Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales. 4a ed. México [etc.]: McGraw-Hill, 2006. ISBN 9701056388.

Callister, William D.; Rethwisch, David G. Materials science and engineering : an introduction. 7th ed. New York [etc.]: John Wiley & Sons, 2007. ISBN 0471736961.

Xercavins, Josep. Desarrollo sostenible [en línia]. Barcelona: Edicions UPC, 2005Disponible a: <http://hdl.handle.net/2099.3/36752>. ISBN 8483018055.

Mulder, Karel. Desarrollo sostenible para ingenieros [en línia]. Barcelona: Edicions UPC, 2007Disponible a: <http://hdl.handle.net/2099.3/36831>. ISBN 9788483018927.