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GUÍA DOCENTE ASIGNATURA: QUÍMICA GENERAL

Grado en Biotecnología Primer Curso

Sofía Calero Díaz Área de Química-Física Departamento de Sistemas Físicos, Químicos y Naturales


1. Equipo Docente La responsable de la asignatura es la profesora Sofía Calero Díaz del Área de Química Física, Departamento de Sistemas Físicos, Químicos y Naturales, Facultad de Ciencias Experimentales. El equipo docente está constituido por los siguientes profesores:

Profesor

docencia

email

Despacho

Sofía Calero Juan José Gutiérrez Sevillano Por determinar

EB EPD EPD

scalero@upo.es jjgutierrez@upo.es

22.3.17 Lab 3.03 22.3.09

Las tutorías de EB tendrán lugar en el despacho de la profesora, ubicado en la tercera planta del edificio 22. Las tutorías se impartirán en cualquier momento del horario laboral de la profesora previa petición de cita por e-mail. Para consultas relacionadas con EPD (Prácticas y Seminarios), contactar a los correspondientes profesores, todos ellos localizables en la tercera planta del edificio 22.

2. Objetivos de la Asignatura La Biotecnología consiste en el uso de organismos vivos o de compuestos obtenidos de organismos vivos para obtener productos de valor económico, sanitario o social para los humanos. Por este motivo el aprendizaje a nivel de Grado de la Biotecnología conlleva un dominio de conocimientos biológicos y químicos básicos que permitan a los estudiantes comprender los procesos tecnológicos en los que se utilizan organismos vivos. En la Memoria para la solicitud de verificación del título de graduado en Biotecnología por la Universidad Pablo de Olavide se contemplan (entre otras) las siguientes competencias generales: •

Comprender el método científico. Conocer, entender y aplicar las herramientas, técnicas y protocolos de experimentación en el laboratorio y adquirir las capacidades de observación e interpretación de los resultados obtenidos.

Adquirir las habilidades experimentales básicas adecuadas a cada una de las materias impartidas, mediante la descripción, cuantificación, análisis y evaluación crítica de los resultados experimentales obtenidos de forma autónoma.

Trabajar de forma adecuada en un laboratorio biológico, químico o bioquímico, conociendo y aplicando las normativas y técnicas relacionadas con seguridad e higiene, manipulación de animales de laboratorio y gestión de residuos.


Demostrar una correcta visión integrada del proceso de I+D+i y ser capaz de interrelacionar y conectar los ámbitos del conocimiento que engloba la biotecnología, desde los principios biológicos y fisicoquímicos a los nuevos conocimientos científicos, para el desarrollo de aplicaciones concretas y la introducción en el mercado de nuevos productos biotecnológicos de interés.

Por otro lado, la Memoria recoge las siguientes competencias específicas: 1. Conocer el origen atómico-molecular de las propiedades de la materia, incluyendo las sustancias puras, las mezclas y las disoluciones. 2. Conocer los Principios de la Termodinámica y su aplicación práctica al estudio termoquímico y termodinámico de una reacción y dominar el concepto termodinámico de equilibrio químico y de constante de equilibrio, así como saber identificar los factores de los que depende. 3. Conocer las características comunes de los procesos físicoquímicos de transporte: difusión, ósmosis, electroforesis, etc... 4. Dominar el concepto de velocidad de reacción y constante de velocidad, así como saber identificar los factores de los que depende y saber describir las reacciones de transferencia protónica y electrónica y aplicar los conceptos termodinámicos a su comportamiento. 5. Conocer los principios básicos de la química de superficies y de los fenómenos de adsorción y aplicar los conceptos termodinámicos y cinéticos a su descripción. 6. Conocer los principales grupos funcionales orgánicos y las principales reacciones de síntesis orgánica. 7. Conocer los principales tipos de isomería en compuestos orgánicos y las principales técnicas de separación 8. Saber qué es un polímero, sus tipos y las principales reacciones de polimerización. Conocer los fundamentos de la síntesis de péptidos, oligonucleótidos y otros biopolímeros. 9. Conocer las bases de los métodos espectroscópicos para análisis químico cuantitativo y elucidación estructural de compuestos orgánicos. 10. Conocer los fundamentos de la Química Combinatoria.

El objetivo de la Asignatura de Química General, es el de desarrollar las competencias 1, 2 y 4 mencionadas más arriba y sentar las bases para el desarrollo del resto en asignaturas más avanzadas en los estudios del grado. Esta asignatura desarrolla pues una serie de competencias generales y específicas que se contemplan de forma explícita en la Memoria de Grado y que son importantes para la formación integral de los graduados y graduadas


en biotecnología. Los objetivos concretos de esta asignatura es que los estudiantes dominen los siguientes puntos: • • • • • • • • •

Saber realizar ajustes estequiométricos de reacciones químicas y manejar con soltura herramientas básicas de la química como el concepto de mol y peso molecular. Saber preparar disoluciones ajustadas en volumen, concentración y con pH determinados. Formular cualquier compuesto inorgánico u orgánico de relevancia biológica e identificar sus grupos funcionales y su comportamiento cuando se encuentra puro y en disoluciones acuosas. Saber interpretar y utilizar un diagrama de fases, así como realizar cálculos básicos para describir transiciones de fase en sistemas puros y mezclas Saber predecir las propiedades químicas básicas y la reactividad de compuestos inorgánicos y orgánicos relevantes en biología a partir de la estructura atómica, molecular y la naturaleza de los enlaces. Saber calcular entalpías y balances de energía libre de reacciones químicas a partir de datos termodinámicos tabulados y a partir de ahí saber predecir la eficacia de un proceso químico. Saber calcular y utilizar con soltura constantes de equilibrio a partir de datos termodinámicos y predecir cómo afectará al equilibrio las condiciones de operación. Saber utilizar una constante de velocidad y predecir cómo afectará a la velocidad de una reacción química las condiciones de operación. Saber distinguir entre la eficacia de un proceso químico desde el punto de vista termodinámico y desde el punto de vista cinético.

Algunos de estos puntos se desarrollarán con más detalle en las asignaturas de Química Orgánica y Termodinámica y Cinética Química, aunque es necesario sentar las bases de los mismos en la asignatura de Química General. En concreto la asignatura, tal cual está recogida en la Memoria de Grado, incluye los siguientes contenidos: Estructura atómica y enlace químico. Introducción a la Termodinámica y a la Cinética Química. Equilibrio químico y constante de equilibrio. Reacciones ácido-base y reacciones de oxido-reducción. Mecanismos de reacción.

3.

Ubicación en el plan de estudios

La asignatura de Química General pertenece al módulo didáctico de Química para las biociencias moleculares perteneciente al bloque de Enseñanzas básicas. Concretamente, los conocimientos de Química que el estudiante adquiere en esta asignatura serán fundamentales en el estudio y comprensión de las siguientes asignaturas del grado (ver Esquema 1): Química General, Termodinámica y Cinética Química y Técnicas y Análisis Instrumental. También mantiene relación con asignaturas optativas y otras materias obligatorias del plan de estudio (Bioquímica, Ingeniería, Procesos básicos, etc...)


Esquema 1: Papel de la asignatura de Química General en el Plan de Estudios de Biotecnología. Marco negro: relación directa. Marco azul: relación parcial.

Es importante destacar que esta asignatura proporciona al estudiante una serie de conocimientos en ciencias y un bagaje experimental que le son necesarios para entender muchos mecanismos químicos de importancia tanto en el ámbito de la industria y la tecnología relacionadas con la biología, como en el estudio de procesos de ingeniería biotecnológica.

4. Trabajo presencial: Grupos La asignatura de Química General se imparte en el primer semestre del Plan de Estudios y posee una carga docente de 6 créditos ECTS. Conforme a la ordenación académica del Grado establecida por la Universidad Pablo de Olavide, un crédito ECTS equivale a 7,5 horas de docencia coincidente entre profesor y estudiante. Asímismo, esta asignatura ha sido definida con la categoría B1, que supone un 60% de Enseñanzas Básicas EB (en total, 27 horas) y un 40% de Enseñanzas Prácticas y de Desarrollo EPD (en total 18 horas). El trabajo presencial se desarrollará con 1 grupo con todos los alumnos matriculados para las EB. Los alumnos matriculados se dividirán en 3 grupos para las EPD.


5. Distribución de trabajo del alumno Será la siguiente por crédito ECTS (25 horas) •

7,5 horas de trabajo presencial: 4.5 horas de EB y 3 horas de EPD

15 horas de estudio individual

2,5 horas de evaluación

Por tanto: 27 horas de asistencia a clase en EB, 18 horas de seminarios y prácticas, 90 horas de estudio individual y 15 horas de evaluación.

6. Distribución carga docente Para desarrollar los objetivos de la asignatura se plantea un programa de 6 temas distribuidos conforme a la tabla que se muestra más abajo. Cada tema tiene una distribución de horas de teoría (enseñanzas básicas) y de prácticas que va en función de su importancia relativa en el conjunto del programa. En lo que se refiere a las prácticas se contempla un conjunto de 4 prácticas de laboratorio de 3 horas y tres seminarios de ejercicios y problemas de dos horas.

Contenidos

Horas EB

Repaso de conceptos básicos de Química e Tema 0: Introducción y introducción al lenguaje químico moderno: estequiometría, preparación de disoluciones conceptos fundamentales

2

Espectro electromagnético. Bases cuánticas de la estructura electrónica de los átomos. Números Cuánticos y Orbitales. Relación entre configuración electrónica y las propiedades químicas de los elementos. Clasificación periódica de los elementos. Propiedades periódicas: radio atómico, energía de ionización, afinidad electrónica y electronegatividad. Concepto de enlace químico: enlace iónico y enlace covalente. Geometría molecular: teoría RPECV. Hibridación de orbitales atómicos. Concepto de orbital molecular: orbitales moleculares localizados y deslocalizados. Fuerzas intermoleculares y estados de agregación.

7

3.1 Primer Principio de la Termodinámica y Tema 2: Introducción a fundamentos de calorimetría. Termoquímica y

3

Tema 1: Estructura atómica y molecular

Horas EPD

Seminario 1: Estructuras moleculares (2 horas) + Práctica de Espectrofotometría (3 horas) Total : 5 horas

Práctica de Calorimetría (3


Ley de Hess. Segundo Principio de la la Termodinámic Termodinámica. Entropía, energía libre y procesos espontáneos. Cambios y diagramas a Química

horas) + Seminario 2: Termodinámica (2 horas)

de fase. Presión de vapor. Propiedades físicas de las disoluciones.

Total : 5 horas Velocidad de las reacciones químicas. Leye Tema 3: Introducción a de Velocidad y orden de reacción. Energía de activación. Factores que influyen en la la Cinética velocidad de reacción. Catálisis. Constante Química de equilibrio. Factores que afectan el y equilibrio químico y Principio de Le Chatelier. Fundamentos de Equilibrio Químico

6

Concepto de ácido y de base. Cálculos de pH en disolución acuosa. Hidrólisis. Disoluciones reguladoras. Sustancias anfotéricas y punto isoeléctrico.. Valoraciones ácido-base

6

Tema 4: Reacciones de transferencia de protones

Seminario 3: equilibrio y precipitación (2 horas) Total : 2 horas

Seminario 4: ácido-base (3 horas) + Práctica de ÁcidoBase (3 horas) Total : 6 horas

Reacciones de oxidación-reducción. Relación Tema 5: Reacciones de entre energía libre y potenciales de electrodo. transferencia Ecuación de Nernst. de electrones. TOTAL

3

27

18

6. Evaluación Esta asignatura contiene 15 horas dedicadas a la evaluación. Se contemplan los siguientes exámenes y ejercicios de evaluación: 1. Examen final de EB: 3 horas (Periodo de Exámenes de Febrero) 2. Examen final de EB (recuperación): 3 horas (Periodo de Exámenes de Julio) 3. Examen de actividades de laboratorio EPD: 1 horas (coincidente con Examen final de EB) 4. Examen de actividades de laboratorio EPD (recuperación): 1 hora (coincidente con examen de recuperación de EB)


5. Examen actividades de seminario EPD: 2 horas (0.5 horas al final de cada uno de los seminarios) 6. Examen correspondiente a la evaluación continuada (se corregirá a través de entregas por WebCT) 5 horas

El examen de actividades de laboratorio EPD podrá realizarse con el apoyo del cuaderno de laboratorio, el cual deberá entregarse, manuscrito, a la finalización del examen. Éste ayudará al profesor a evaluar el examen. La evaluación continuada se realizará (1) a partir de las prácticas y seminarios EPD, (2) de los exámenes al final de los seminarios y (3) en una entrega obligatoria (EO) a través del sistema WebCT o en el despacho de la profesora de la asignatura. La entrega obligatoria y la entrega adicional voluntaria (EAV) cuyos detalles se indican a continuación deberán formalizarse en las fechas que se indican en la Tabla detallada de Evaluación (al final de este apartado). Los exámenes EB y EPD y la EO se puntuarán de 0 a 10. De esta forma el alumno obtendrá una calificación total que oscilará entre los 0 y los 70 puntos dividida según se indica en la Tabla detallada de Evaluación (al final de este apartado). La calificación final de la asignatura se extraerá a partir de la siguiente fórmula:

CALIFICACIÓN FINAL = 0.4 x (EB) + 0.1 ×(EPD) + 0.1 ×(EOs)

Para superar la asignatura es necesario conseguir al menos 5 puntos sobre 10 y un mínimo en cada una de las partes tal y cómo se indica en la Tabla detallada de Evaluación (al final de este apartado). Se propondrá una Entrega adicional voluntaria (EAV) a través de WebCT. Esta EAV se puntuará sobre 10 y no afectarán a la nota final. Sin embargo serán requisito necesario para optar a Matrícula de Honor. La asistencia a las sesiones de EPD (Seminarios y prácticas de laboratorio) no es obligatoria. Sin embargo, la ausencia en una práctica supone una reducción del 20% de la nota de EPD que se obtenga en el examen de laboratorio. El alumno que no asista a un seminario no podrá realizar el examen que tendrá lugar al finalizar éste, perdiendo de esta forma 10 de los 50 puntos EPD (que equivale a 1 punto sobre 10 en la calificación total de la asignatura)


Se admite una única ausencia sin reducción de nota si esta viene debidamente justificada con el correspondiente certificado médico legal. En ese caso, y si la ausencia es a uno de los seminarios, el alumno deberá hacer el examen oportuno al recibir el alta médica. La Entrega EO es obligatoria. Si no se formaliza en plazo contabilizarán como 0 puntos sobre 10 (que equivale a 1 punto sobre 10 en la calificación total de la asignatura y que implica un suspenso en la asignatura por no alcanzarse la nota mínima establecida para esta actividad).

Tabla detallada de evaluación

Actividad

Nota mínima1

Nota máxima2

Ponderación

Horas de evaluación

Fecha de ejecución o de entrega

EB

4.0

10

40%

3+3

Fechas programadas de examen en Junta de Facultad

EPD (laboratorio)

4.0

10

20%

1+1

Fechas programadas de examen en

EPD (seminarios)

10

40

10%

2 (4x0.5)

EO

3

10

10%

5

TOTAL

5

10

100%

15

EAV

-

10

Requisito necesario para optar a MH

Al final de cada seminario Ultima semana lectiva de Diciembre

Ultima semana lectiva de Enero

1

Nota mínima que hay que obtener en cada parte para aprobar la asignatura

2

Nota máxima que se puede obtener en cada actividad


7. Temario Temario de Enseñanzas Básicas (EB):

Contenidos

Nº Clases

Tema 0: Introducción y conceptos fundamentales

Repaso de conceptos básicos de Química e introducción al lenguaje químico moderno: estequiometría, preparación de disoluciones

2

Tema 1: Estructura atómica y molecular

Espectro electromagnético. Bases cuánticas de la estructura electrónica de los átomos. Números Cuánticos y Orbitales. Relación entre configuración electrónica y las propiedades químicas de los elementos. Clasificación periódica de los elementos. Propiedades periódicas: radio atómico, energía de ionización, afinidad electrónica y electronegatividad. Concepto de enlace químico: enlace iónico y enlace covalente. Geometría molecular: teoría RPECV. Hibridación de orbitales atómicos. Concepto de orbital molecular: orbitales moleculares localizados y deslocalizados. Fuerzas intermoleculares y estados de agregación.

7

Tema 2: Introducción a la Termodinámica Química

Primer Principio de la Termodinámica y fundamentos de calorimetría. Termoquímica y Ley de Hess. Segundo Principio de la Termodinámica. Entropía, energía libre y procesos espontáneos. Cambios y diagramas de fase. Presión de vapor. Propiedades físicas de las disoluciones.

3

Tema 3: Introducción a la Cinética Química y Fundamentos de Equiibrio Químico

Velocidad de las reacciones químicas. Leyes de Velocidad y orden de reacción. Energía de activación. Factores que influyen en la velocidad de reacción. Catálisis. Constante de equilibrio. Factores que afectan el equilibrio químico y Principio de Le Chatelier.

6

Tema 4: Reacciones de transferencia de protones

Concepto de ácido y de base. Cálculos de pH en disolución acuosa. Hidrólisis. Disoluciones reguladoras. Sustancias anfotéricas y punto isoeléctrico.. Valoraciones ácido-base

6

Tema 5: Reacciones de transferencia de electrones.

Reacciones de oxidación-reducción. Relación entre energía libre y potenciales de electrodo. Ecuación de Nernst.

3

TOTAL

27


Temario de Enseñanzas Prácticas y de Desarrollo (EPD): Se desarrolla a partir de seminarios de 2 horas y prácticas de laboratorio de 3 horas. Se impartirán 3 seminarios y 4 prácticas de laboratorio.

Práctica/Seminario

Nº horas

Práctica de Laboratorio 1 Espectrofotometría (a partir de segunda se mana de Octubre)

3

Seminario 1 Termodinámica (última semana de octubre)

2

Tema 2: Introducción a la Termodinámica Química

Práctica de Laboratorio 2 Calorimetría (Noviembre)

3

Seminario 2 Termodinámica (última semana de noviembre)

2

Tema 3: Introducción a la Cinética Química y Fundamentos de Equilibrio Químico

Seminario 3 Problemas de Equilibrio y Precipitación (Antes de Navidad)

2

Tema 4: Reacciones de transferencia de protones

Práctica de Laboratorio 4 Valoración Ácido-Ba se y Disolución Reguladora (Enero)

3

Tema 0: Introducción No hay y conceptos fundamentales Tema 1: Estructura atómica y molecular

Tema 5: Reacciones de transferencia de electrones.

Seminario 4 Problemas de transferencia de protones y de electrones

TOTAL

3

18


8. Bibliografía Manuales de la asignatura: • •

Libro "Atkins": P. Atkins y L. Jones. “Principios de Química - Los caminos del descubrimiento”, 3a ed., Ed. Médica Panamericana, 2006 Libro "Petrucci": R.H. Petrucci, W.S. Hardwood y F.G. Herring “Química General”, Octava Edición, Prentice Hall. 2003

Textos complementarios: • • • • • •

J.R. Holum, "Fundamentos de Química General, Orgánica y Bioquímica para Ciencias de la Salud", 1a edición, Limusa Wiley, 1999 K.W. Whitten y col., “Química General”, Quinta Edición, McGraw-Hill, 1998 R. Chang, “Química”, Sexta Edición, McGraw-Hill, 1999 Silberberg, “Química”, McGraw-Hill, 2002 M. Paraira, “Introducción a la formulación y nomenclatura química inorgánica-orgánica” Vicens-Vives, 1995 K. C. Timberlake, “Química. Una introducción a la Química General, Orgánica y Biológica”, Pearson Ed. 2011.


9. Organización Docente: Cronograma Conforme al calendario académico oficial y los horarios aprobados en junta de facultad se establecen las siguientes fechas para el trabajo presencial:

Semana

Horas EB

Fecha EB

Horas EPD

1 19-23 sep.

2

21 y 22 de septiembre

Tema 0

2 26-30 sep.

2

28 y 29 de septiembre

Tema 1

3 3-7 oct.

2

5 y 6 de octubre

Tema 1

4 10-14 oct.

1

13 de octubre

5 17-21 oct.

2

19 y 20 de octubre

6 24-28 oct.

2

26 y 27 de octubre

7 31-4 nov.

2

2 y 3 de noviembre

8 7-11 nov.

2

9 y 10 de noviembre

9 14-18 nov.

2

16 y 17 de noviembre

Tema 3

10 21-25nov.

2

23 y 24 de noviembre

Tema 3/Tema 4

11 28-2 dic.

2

30 de noviembre y 1 de diciembre

12 5-9 dic.

1

7 de diciembre

13 12-16 dic.

2

14 y 15 de diciembre

2

14 9-13 ene.

2

11 y 12 de enero

3

9, 10 y 13 enero

Tema 5 Práctica 3

15 16-20 ene.

1

18 de enero

3

16, 17, y 20

Tema 5 Seminario 4

3

27

10, 11, y 14

Observaciones

Tema 1 Practica 1 Tema 1

2

24, 25, y 28

Tema2 Seminario 1 Tema2/ Tema 3

3

2

7, 8 y 11

28, 29 y 2 dic

Tema 3 Práctica 2

Tema 4 Seminario 2 Tema 4

16 23-27 ene. TOTAL

Fecha EPD

18

12, 13 y 16

Tema 4 Seminario 3


Apéndice: Metodología Sesiones presenciales: Estas son muy importantes ya que permite al profesor seguir los progresos del alumno en la asignatura y subsanar posibles carencias en la comprensión de conceptos por parte del estudiante. Para que el profesor pueda asesorar y ayudar al alumno es necesario que este acuda tanto a las sesiones presenciales como a tutorías. El profesor es la persona que nos guía en el proceso de aprendizaje, pero si no participamos de forma activa en las sesiones presenciales, no acudimos a sus tutorías y no nos dejamos ver más que en los exámenes, no le estamos dando la oportunidad de hacer su trabajo. Por este motivo, se recomienda la participación activa del alumno en las sesiones presenciales. Material de apoyo: Para cada tema se han elaborado presentaciones de Power Point que incluyen todos los conceptos a desarrollar en el tema y servirán, por tanto, a modo de guía esquemática para el alumno. Los alumnos pueden ampliar los temas con una serie de textos básicos que se han seleccionado en base a la adecuación del texto a las necesidades del alumno y su disponibilidad en la biblioteca de la Universidad. Prácticas y seminarios: Dado el carácter práctico/experimental de la asignatura, cada tema irá acompañado de una serie de ejercicios prácticos y problemas que permitirán al alumno evaluar su nivel de comprensión y asimilación de los conceptos estudiados en el tema, así como ejercitarse en el uso de dichos conceptos. Además, muchos temas se acompañarán de una práctica de laboratorio con la que se afianzarán los conceptos más importantes que se hayan introducido. Entregas obligatorias: La entrega que tiene que hacer el alumno para la evaluación continuada se colgarán en WebCT de forma escalonada en el transcurso de la asignatura. Entrega voluntaria: El alumno que desee presentar la entrega voluntaria deberá comunicárselo a la profesora y recibirá la entrega de forma personalizada a través de su cuenta en WebCT.


Revista MoleQla nº (prueba)