Universitat de Girona

Programa de l'assignatura

Curs 2002-03

3103100277 CANVI I EQUILIBRI QUÍMICS


Objectius  

Aquesta assignatura tracta d'introduir els conceptes bàsics de la Química ressaltant el caràcter experimental de la mateixa. Per tant, les pràctiques de laboratori (1,5 crèdits) constitueixen una part important de l'assignatura. Atès que l'alumne ja ha estudiat l'estructura de la matèria i les teories de l'enllaç químic, aquesta assignatura està dedicada bàsicament a l'estudi del comportament macroscòpic dels compostos químics i la seva reactivitat fent èmfasi en les reaccions químiques que es produeixen en el medi ambient. Dins del programa de pràctiques s'han inclós exemples d'anàlisi qualitativa i quantitativa (valoracions) per la identificació i determinació d'ions o compostos.
 
Prerrequisits  

 
Contingut (Programa)  

El programa es pot subdividir en tres grans blocs:

I - Termodinàmica Química i Equilibri.
II- Equilibris Iònics (Química de l'aigua).
III- Cinètica Química i Fotoquímica.
IV- Introducció a l'anàlisi inorgànica i orgànica.

En el primer bloc, s'estudiaran els canvis d'energia associats a les reaccions químiques (Termoquímica) i la noció d'energia lliure de Gibbs com a criteri d'evolució i equilibri. El tractament termodinàmic també s'estendrà a l'estudi de les dissolucions líquides de no electròlits. Una vegada els alumnes han après a realitzar una anàlisi termodinàmica de les reaccions químiques que permet fer prediccions respecte l'evolució dels sistemes i la posició de l'equilibri, s’estudiarà l’equilibri de les dissolucions iòniques en medi aquós (Bloc II). S'iniciarà amb un tema d'introducció i continuarà amb una sèrie de temes referents als diferents tipus d'equilibris en solució. Finalment és necessari conèixer la velocitat amb què s'arriba a l’equilibri. Tots aquests conceptes s'introdueixen en els temes corresponents a la Cinètica Química (Bloc III). Finalment, al Bloc IV es farà una introducció a l'anàlisi inorgànica i orgànica. En el conjunt de temes, els exemples que s’explicaran per facilitar la comprensió dels conceptes estudiats seran relatius al medi ambient.

Bloc I.- Termodinàmica i Equilibri.

1.- Nocions preliminars de Termodinàmica. Principis de la Termodinàmica. Termoquímica. Llei de Hess. Energia lliure de Gibbs. Relació de l'energia lliure de Gibbs i l'estat d'equilibri.

2.- Equilibri Químic. Constant d'equilibri. Concepte d'activitat. Relació entre Kp, Kc i Kx. Factors que afecten l'equilibri: Principi de Le Chatelier. Variació de la constant d'equilibri amb la temperatura: Equació de Vant'Hoff.

Bloc II.- Equilibris Iònics en dissolució (Química de l'aigua).

3.- Introducció a la química de les dissolucions aquoses. Equilibris iònics en dissolucions aquoses: Reaccions àcid-base, reaccions de precipitació i reaccions d'oxidació-reducció.

4.- Equilibris de transferència de protons. Concepte d'àcid i de base: teoria d'Arrhenius i teoria de Brönsted-Lowry. Força d'àcids i de bases. Escala de pKa. Autoionització de l'aigua. Definició i mesura del pH.

5.-Càlcul del pH. Càlcul del pH de dissolucions d'àcids i bases forts. Càlcul del pH de dissolucions d'àcids i bases febles. Dissociació de les sals. Càlcul del pH de dissolucions de sals. Dissolucions reguladores del pH. Valoracions àcid-base.

6.- Solubilitat i complexació. Solubilitat i producte de solubilitat. Factors que afecten la solubilitat: efecte de l'ió comú, pH, complexació , temperatura i força iònica. Aplicacions i càlculs. Equilibris de complexació. Definicions. Nomenclatura dels complexos. Estructura i estabilitat. Influència del pH. Aplicacions.

7.- Reaccions de transferència d'electrons. Grau d'oxidació. Igualació de reaccions redox.

8.- Piles electroquímiques. Elements que formen la pila. Notació i convenis de signes. Potencials normals de reducció. Tipus de piles. Mesura de la f.e.m. d'una pila. Equació de Nernst. Relació amb la constant d'equilibri de la reacció.

9.- Electròlisi. Lleis de Faraday. Corrosió. Problemes ambientals associats als processos electrolítics.

Bloc III.- Cinètica Química i Fotoquímica.

10.- Introducció a la cinètica de les reaccions químiques. Velocitat de reacció. Llei de velocitat. L'equació de velocitat. Ordre de reacció i llei de velocitat. Temps de semireacció. Reaccions de primer ordre. Reaccions de segon ordre. Tècniques per a determinar l'ordre de reacció.

11.- Mecanismes de reacció. Processos unimoleculars, bimoleculars i trimoleculars. Els processos per etapes. Modificació de la velocitat de les reaccions. Els catalitzadors.

12.- Fotoquímica. Propietats de la radiació electromagnètica. Introducció a la Fotoquímica. Reaccions catalitzades per la llum: formació de radicals. Reaccions en cadena. Fotosíntesis en les plantes.

Bloc IV.- Introducció a l'anàlisi inorgànica i orgànica.

13.- El procediment analític. Etapes. Presa de mostra i conservació de la mostra. Anàlisi qualitativa i quantitativa. Anàlisi qualitativa inorgànica: separació i identificació de cations. Anàlisi orgànica: identificació de grups funcionals. Anàlisi quantitativa: mètodes clàssics i mètodes instrumentals. Volumetries i gravimetries.1.- Estudi Qualitatiu de l'equilibri àcid-base. Força dels àcids i de les bases. Hidròlisi de les sals. Mesura del pH de diferentes substàncies d'us quotidià.

2.- Valoracions àcid-base. Indicadors: extracció d'un indicador natural. Determinació del pH del punt d'equivalència. Elecció de l'indicador. Anàlisi Quantitativa: Determinació del contingut en àcid acètic d'un vinagre comercial.

3.- Observació i descripció de les Reaccions Químiques. Reaccions de precipitació. Formació de complexos. Reaccions d'oxidació-reducció.

4.- Anàlisi Química Qualitativa. Separació de grups d'ions (anions i cations). Reaccions d'identificació. Anàlisi orgànica.

 
Bibliografia  


1.- Saña Vilaseca, Josep (1993). "Química per a ciències de la naturalesa i de l'alimentació". Ed. Vicens Vives.

2.- Lozano, J.J. i Vigatà, J.L. (1983). "Fundamentos de Química General". Ed. Alhambra.

3.- Gillespie, R.J.; Humphreys, D.A.; Baird, N.C.; Robinson, E.A. (1990). "Química" 2 volums. Ed. Reverté, S.A.

4.- Whitten i altres (1991). "Química General", 3ª ed. Ed. McGraw-Hill.

5.- Mahan, B.H. (1977) "Química. Curso Universitario". Ed. Fondo Educativo Interamericano.

6.- Burriel, F., Lucena, F., Arribas, S., Hernández. (1989) "Química Analítica Cualitativa". Ed. Paraninfo.

7.- Skoog, D.A., West D.N., Holler F.J. (1997) "Fundamentos de Química Analítica" 2 volumns. 4a edició. Ed. Reverté.

Llibres de problemes.

8.- Lleonart, M. i Miró, J. (1979) "Problemas de Química General". Ed. Bellaterra.

9.- Sorum, C.H. (1987). "Como resolver problemas de Química General". Ed. Paraninfo.

10.- Sienko, M.J. (1989). "Problemas de Química". Ed. Reverté.

11.- Bermejo, F., Paz M., Bermejo A. i Paz I. (1995). "1000 problemas resueltos de Química General y sus fundamentos teóricos". Ed. Paraninfo.

12.- López Cancio J.A. (2000) "Problemas de Química. Cuestiones y ejercicios". Ed. Prentice Hall.

Nomenclatura Química.

13.- Sola, I.; Terradellas, M. i Torre, I. (1986). "El llenguatge Químic". Ed. Jonc.

14.- Sales, J.; Vilarrasa, J. (1994). "Introducció a la nomenclatura química" Ed. Edunsa.

 
Mètodes docents  

 
Tipus d'exàmens i avaluacions  

La nota de l'assignatura correspondrà a la nota de l'examen que es realitzarà al final del quadrimestre, i que constarà de preguntes de teoria, pràctiques i problemes. La nota de pràctiques que inclou l'avaluació del treball realitzat i els informes presentats serviran per arrodonir les notes finals. Tanmateix, la realització de les pràctiques és obligatòria, qui no les faci no es podrà examinar. L'examen i les pràctiques s’han d’aprovar per separat.
 
Informació addicional  

 
Llengua de les classes