Termodinámica y Cinética
- Prácticas de Aula/Semina (14 Horas)
- Clases Expositivas (42 Horas)
- Tutorías Grupales (4 Horas)
Los contenidos de la asignatura Termodinámica y Cinética se circunscriben dentro del marco de la Química Física, materia ésta que “ofrece el conocimiento físico a la Química, con el fin de serle útil”. La Termodinámica (Química), una de las teorías en que se fundamenta la Química Física, ofrece una perspectiva macroscópica de los sistemas (químicos). Permite predecir la viabilidad de una transformación determinada del sistema (químico) considerado. La Cinética (Química) estudia la velocidad con que se transforman los sistemas (químicos). El estudio de la misma puede realizarse tanto desde la perspectiva macroscópica como desde la microscópica (Cinética Molecular). La asignatura Termodinámica y Cinética forma parte del Módulo Fundamental del Grado en Biotecnología. El programa que presentamos se centra fundamentalmente en el estudio de la Termodinámica de propiedades de equilibrio y en la Cinética macroscópica, pero sin eludir las relaciones entre ambas y las propiedades moleculares.
Dicho programa ha sido concebido poniendo especial énfasis en su particular utilidad en temáticas relacionadas con la Biotecnología.
Conocimientos sólidos de todas las materias incluidas en el Módulo Básico.
Competencias generales:
De entre las competencias generales recogidas en la Memoria del Grado en Biotecnología resaltamos para la presente materia las siguientes:
GG1. Aprender de forma autónoma y adquirir autoconfianza.
GG2. Demostrar capacidad de análisis y síntesis y desarrollar una visión integrada del conocimiento.
GG7. Ser capaces de transmitir información y de debatir ideas, problemas y soluciones relativos a la Biotecnología, tanto verbalmente como por escrito, ante un público general o especializado.
GG8. Tener capacidad para utilizar fuentes de información internacionales, así como para comunicarse en una segunda lengua de relevancia internacional.
Más concretamente, nos gustaría destacar las siguientes competencias generales:
1. Resolver problemas de forma efectiva
2. Adquirir motivación por la calidad.
3. Mostrar iniciativa y espíritu emprendedor.
4. Desarrollar el razonamiento crítico.
5. Trabajar en equipo.
6. Realizar, presentar y defender informes científicos tanto de forma escrita como oral ante una audiencia.
7. Sensibilizarse con los temas vinculados con el medio ambiente.
8. Emplear el inglés como herramienta de trabajo.
Competencias específicas:
De entre las competencias específicas recogidas en la Memoria del Grado en Biotecnología resaltamos para la presente materia las siguientes:
CE1. Conocer las herramientas y los conceptos básicos de las Matemáticas, la Física, la Química y la Biología.
CE4. Saber los fundamentos de los fenómenos de transferencia de materia y energía.
CE5. Conocer los principales tipos de reacciones químicas de interés biotecnológico y los principales factores que les afectan.
CE10. Saber utilizar las herramientas fundamentales de las Matemáticas, Física, Química y Biología que son comunes al conocimiento científico y al desarrollo de la actividad tecnológica actual.
Más concretamente, nos gustaría destacar las siguientes competencias específicas:
1. Adquirir los fundamentos de la terminología química: nomenclatura, convenios y unidades.
2. Aplicación de los principios de la Termodinámica a problemas biotecnológicos.
3. Aplicación de los principios de la Cinética Química a problemas biotecnológicos.
4. Relacionar la Química con la Biotecnología.
Resultados de aprendizaje:
1. Utilizar correctamente la terminología básica y los conceptos de la Termodinámica y Cinética implicados en procesos bioquímicos y biotecnológicos.
2. Ser capaz de plantear experimentos y resolver los problemas numéricos de Termodinámica y Cinética que se derivan de ellos, así como interpretar los resultados obtenidos.
Los contenidos recogidos en la Memoria del Grado en Biotecnología para la presente materia son los siguientes:
Fundamentos de la Mecánica Estadística. Primer Principio de la Termodinámica. Segundo Principio de la Termodinámica. Energías de Gibbs y de Helmholtz. Equilibrio material: Concepto de potencial químico. Equilibrio de fases. Disoluciones de no electrolitos. Disoluciones de electrolitos. Termodinámica del equilibrio químico. Equilibrio electroquímico. Cinética y mecanismos de la reacción química. Teorías de reacciones bimoleculares. Importancia biotecnológica de la catálisis heterogénea. Cinética de adsorción y desorción. Cinética enzimática.
Se desarrollarán los mismos ajustándonos lo máximo posible al siguiente programa:
- Introducción a la Termodinámica: Objetivos y marco de aplicación. Terminología. Los gases como sistemas termodinámicos sencillos: ecuaciones de estado.
- Leyes de la Termodinámica: primera ley de la Termodinámica. Energía interna. Capacidad calorífica. Entalpía. Segunda ley de la Termodinámica: Entropía. Tercera ley de la Termodinámica. Ideas básicas de la Termodinámica Estadística.
- Equilibrio material: Funciones de Gibbs y Helmholtz. Potencial químico. Equilibrio entre fases: Sistemas de un componente.
- Aplicación de las leyes de la Termodinámica al estudio de las reacciones químicas: Termoquímica.
- Disoluciones: Magnitudes molares parciales y magnitudes de mezcla. Disoluciones ideales: Ley de Raoult. Disoluciones diluidas ideales: Ley de Henry. Disoluciones no ideales. Equilibrio de fases en sistemas multicomponentes. Disoluciones de electrolitos.
- Termodinámica del equilibrio químico. Constante de equilibrio. Factores que afectan al equilibrio químico. Equilibrio electroquímico
- Introducción a la Cinética Química: Objetivos y marco de aplicación. Velocidad de reacción: Terminología. Mecanismos de reacción. Teorías de reacciones bimoleculares.
- Medidas de las velocidades de reacción: Integración de ecuaciones cinéticas. Determinación experimental de las ecuaciones cinéticas. Influencia de la temperatura en las constantes cinéticas. Reacciones en fase gas y en disolución.
- Mecanismos de reacciones complejas: Aproximación de la etapa determinante, aproximación del estado estacionario. Catálisis. Catálisis homogénea. Catálisis enzimática. Cinética de adsorción y desorción Catálisis heterogénea.
Clases expositivas (42 horas): En ellas se seguirá el esquema genérico de lección magistral, pero favoreciendo la participación del alumno a través de la consulta de aquellas dudas que le puedan surgir. El profesor presentará, analizará y desarrollará, de forma didáctica, el material recogido en el apartado de contenidos del anterior epígrafe. Se presentarán tanto los aspectos teóricos como los ejemplos que faciliten el razonamiento y análisis de la materia expuesta. Por ello, es muy recomendable la asistencia regular a dichas clases expositivas. En las clases se utilizarán la pizarra y los diferentes medios audiovisuales.
Prácticas de aula (14 horas): En estas clases se llevará a cabo la aplicación específica de los conocimientos que los estudiantes hayan adquirido en las clases expositivas. Los estudiantes dispondrán con anterioridad de las cuestiones o problemas que en ellos se vayan a resolver en forma de Series de Problemas. Se recomienda que los alumnos hayan trabajado estos problemas con anterioridad a la clase correspondiente. Además, algunos de estos problemas podrán ser propuestos por el profesor para su resolución y entrega antes de la realización de la correspondiente PA.
Tutorías grupales (4 horas): Son sesiones realizadas en grupos reducidos dedicadas a la orientación del estudiante y a la discusión de distintos aspectos relacionados con la asignatura. Se propondrán ejercicios y cuestiones, que se analizarán conjuntamente, y que servirán de guía para que los alumnos tengan oportunidad de aclarar sus dudas.
Para la evaluación de la convocatoria ordinaria, se aplicará una de las tres fórmulas siguientes (ver los siguientes párrafos). En caso de ser aplicables más de una de ellas, se escogerá la más beneficiosa para el alumno.
- CALIFICACIÓN = 0,4·PARCIAL1 + 0,4·PARCIAL2 + 0,2·EVALUACIÓN CONTINUA
- CALIFICACIÓN = 0,8·EXAMEN GLOBAL + 0,2·EVALUACIÓN CONTINUA
- CALIFICACIÓN = EXAMEN GLOBAL
La nota “PARCIAL1” (sobre 10) se obtendrá de realizar un primer examen parcial (que elimina materia), siendo necesario alcanzar un mínimo de 4/10 para poder promediar con el segundo parcial.
La nota “PARCIAL2” (sobre 10) se obtendrá de realizar un segundo examen parcial (que engloba la materia no incluida en el primer examen parcial), en función del calendario previsto por la Facultad de Biología para la convocatoria ordinaria, siendo necesario alcanzar un mínimo de 4/10 para poder promediar con el primer parcial.
La nota “EXAMEN GLOBAL” (sobre 10) se obtendrá de la realización de un examen escrito global al terminar la asignatura, que será en la misma fecha que el segundo parcial, por lo que los alumnos que hayan obtenido un mínimo de 4/10 en el primer parcial deberán elegir si realizan el examen global o el segundo parcial, siendo necesario alcanzar un mínimo de 4/10 para poder promediar con la evaluación continua.
Para la nota “EVALUACIÓN CONTINUA” (sobre 10) se valorarán los problemas, previamente propuestos por el profesor, que los alumnos entreguen resueltos dentro de los plazos marcados.
La calificación de las convocatorias extraordinarias se obtendrá mediante la realización de un examen global de las mismas características a las explicadas para el examen de la convocatoria ordinaria. Dicho examen supondrá el 100% de la calificación. Dentro del mismo curso académico, el alumno podrá optar por mantener la nota de la EVALUACIÓN CONTINUA. En este último caso se debe obtener un mínimo de 4/10 en el examen y se aplicaría la fórmula 2 para el cálculo de la nota.
Para aprobar la asignatura es necesario obtener un mínimo de 5 sobre 10 en la calificación final.
Atkins’ Physical Chemistry, Peter Atkins, Julio de Paula, James Keeler, 12th edition, Oxford University Press, 2023. [La 8ª edición tiene versión en español: Atkins Química Física, Editorial Médica Panamericana, 2008.]
Physical Chemistry, Ira N. Levine, 6th edition, McGraw-Hill, 2009. [La 5ª edición tiene versión en español: Fisicoquímica Vols. 1 y 2, McGraw-Hill, 2004.]
Physical Chemistry, Thomas Engel, Philip Reid, 3rd edition, Pearson Education, 2014.
Physical Chemistry for the life sciences, Thomas Engel, Gary Drobny, Philip Reid, Pearson Prentice Hall, 2008.