Download Química Ambiental - Universidad de Antioquia

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA AMBIENTAL
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APROBADO EN EL CONSEJO DE
FACULTAD DE INGENIERÍA CON
EL ACTA 1943 DEL 6 DE
DICIEMBRE DEL 2012
PROGRAMAS DE INGENIERÍA
NOMBRE DE LA MATERIA
PROFESOR
OFICINA
HORARIO DE CLASE
HORARIO DE ATENCION
NOTA
QUIMICA AMBIENTAL
DARIO NARANJO FERNANDEZ
20-209
GRUPO 1: L 8-10, MJ 14-16
GRUPO 2: LWV 10-12
LV 14-16
La asistencia de los estudiantes a las actividades
programadas son obligatoria en un 100%
INFORMACION GENERAL
Código de la materia
Semestre
Área
Horas teóricas semanales
Horas teóricas semestrales
No. de Créditos
Horas de clase por semestre
Campo de formación
Validable
Habilitable
Clasificable
Requisitos
Correquisitos
Programa a los cuales se
ofrece la materia
2552100 (IAL 100)
V
Curso básico
03 (3 prácticas)
48 (48 prácticas)
04
96
Procesos fisicoquímicos y biológicos
No
No
No
2505124
Ninguno
Ingeniería Sanitaria
Ingeniería Ambiental
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INFORMACION COMPLEMENTARIA
Propósito del curso:
Justificación:
Utilizar los ciclos biogeoquímicos para realizar las
actividades propias de las Ingenierías Sanitaria y
Ambiental como el aprovechamiento sostenible de los
recursos agua, suelo y aire, y el mejoramiento de las
condiciones ambientales a través de tratamientos
fisicoquímicos y biológicos.
Presentar las relaciones entre la química inorgánica y
orgánica y los procesos ambientales que se desarrollan
en estas áreas a partir del equilibrio, la cinética y .la
termodinámica química en las matrices ambientales.
Objetivo General:
Analizar e interpretar la información relacionada con los
procesos químicos para ejecutar tratamientos de agua,
aire y suelo, y emplear los resultados en la gestión
adecuada del recurso.
Contenido resumido





Ciclos biogeoquímicos
Fundamentos de Fisicoquímica
Química orgánica ambiental
Química del suelo
Química del aire
UNIDADES DETALLADAS
Unidad 0 (Unidad transversal)
Tema(s) a desarrollar
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Organismos autótrofos y heterótrofos, eucariotas y procariotas;
Microorganismos
productores,
consumidores
y
descomponedores.
Subtemas
Procesos anabólicos y catabólicos; Procesos aerobios,
facultativos y anaerobios.
Ciclos biogeoquímicos de carbono, nitrógeno, azufre y fósforo;
Proceso de eutrofización; Matrices ambientales.
No. de sesiones
2
Bibliografía básica
· Odum, Eugene P y Barret, Gary W. Fundamentos de Ecología. Quinta edición, Thomson.
México D.F., México, 2006.
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· Manahan, Stanley E. Introducción a la Química Ambiental. Reverté. México D.F., México,
2007.
· Figueruelo, Juan E. y Dávila, Martín Marino. Química Física del Ambiente y de los Procesos
Medioambientales. Reverté. Barcelona, España, 2004.
Unidad 1
Tema(s) a desarrollar
Subtemas
FUNDAMENTOS DE FISICOQUÍMICA
EQULIBRIO QUÍMICO: Equilibrios químicos homogéneos y
heterogéneos; Principio de Le Chatelier; Ley de acción de masas,
concentraciones molares y activas; Ácidos y bases fuertes y
débiles; Constantes ácidas y básicas (KA y KB); Constante de
ionización del agua; Relaciones entre las constantes ácidas y
básicas con la constante de ionización del agua (KW);
Determinación del pH neutro; Concepto de pH y pOH; Concepto
general de px; Equilibrio químico con ácidos y bases;
Porcentajes de ionización; Equilibrio químico con sales;
Constante del producto de solubilidad (Kps); Solubilidad de sales;
Efecto del ion común; Ley de Henry, constante de Henry (KH).
CINÉTICA QUÍMICA: Definición de cinética química; Velocidad de
reacción y relaciones entre reactivos y productos; Constantes y
coeficientes estequiométricos; Reacciones elementales y no
elementales; Reacciones de orden cero, primer orden, segundo
orden y tercer orden; Tiempo de vida medio; Constantes de
velocidad y unidades; Constantes de velocidad y constantes de
equilibrio; Influencia de la temperatura sobre la constante de
velocidad de reacción (ecuación de Van’t Hoff); Energías de
activación.
TERMODINÁMICA QUÍMICA: Influencia de la temperatura sobre
las constantes de equilibrio (ecuación de Arrhenius); Primera ley
de la termodinámica y balance general; Entalpías de formación
y de reacción; Reacciones endotérmicas y exotérmicas; Segunda
ley de la termodinámica y concepto de entropía; Energía libre
de Gibbs y trabajo útil; Sistema termodinámico; Calor y trabajo
como propiedades de trayectoria; Espontaneidad de reacciones,
Ecuación general de energía libre y relación con el equilibrio
químico; Reacciones redox.
PRÁCTICA 1: Equilibrio químico y termodinámica química.
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No. de sesiones
Bibliografía básica
· Sawyer, Clair Natan; McCarty, Perry L. y Parkin, Gene F. Química para Ingeniería Ambiental.
Cuarta edición, McGraw-Hill. Bogotá, Colombia, 2001.
· Jenkins, David y Snoeyink, Vernon L. Química del Agua. Limusa. México D.F., México, 2002.
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· Manahan, Stanley E. Introducción a la Química Ambiental. Reverté. México D.F., México,
2007.
Bibliografía complementaria
· Atkins, Peter W. y Jones, Loretta. Principios de Química: Los Caminos del Descubrimiento.
Tercera edición, Médica Panamericana. Buenos Aires, Argentina, 2006.
· Petrucci, Ralph H. y Harwood, William S. Química General: Principios y Aplicaciones
Modernas. Séptima edición. Prentice Hall. Madrid, España, 1999.
Unidad 2
Tema(s) a desarrollar
Subtemas
QUÍMICA ORGÁNICA Y BIORREACCIONES
GRUPOS FUNCIONALES Y BIOMOLÉCULAS: Grupos funcionales
en química orgánica: nitrilos, aminas, alcoholes, aldehídos,
cetonas, amidas, ácidos carboxílicos, ésteres, éteres y
halogenuros; Nomenclatura básica de grupos funcionales;
Biomoléculas: carbohidratos, lípidos y proteínas, catalizadores
biológicos (enzimas); Enlaces entre monosacáridos, ácidos
grasos y alcoholes grasos y aminoácidos; Procesos anabólicos y
catabólicos (metabolismo).
OXIDACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA: Oxidación aerobia de la
materia orgánica: alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos
carboxílicos, ésteres, éteres, amidas y halogenuros; Oxidación
anaerobia de la materia orgánica: alcoholes, aldehídos, cetonas,
ácidos carboxílicos, ésteres, éteres, amidas y halogenuros.
CATABOLISMO OXIDATIVO (DEGRADACIÓN AEROBIA): Hidrólisis
de la materia orgánica (biomoléculas); Oxidación de la materia
orgánica disuelta y productos generados; Mineralización de la
materia orgánica disuelta.
CATABOLISMO FERMENTATIVO (DEGRADACIÓN ANAEROBIA):
Hidrólisis de la materia orgánica (biomoléculas); Acidogénesis
de la materia orgánica disuelta (procesos fermentativos);
Acetogénesis de los productos de la fermentación;
Metanogénesis de los productos de degradación y productos
generados; Biotransformación de la materia orgánica disuelta.
PRÁCTICA 2: Biodegradabilidad.
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No. de sesiones
Bibliografía básica
· Sawyer, Clair Natan; McCarty, Perry L. y Parkin, Gene F. Química para Ingeniería Ambiental.
Cuarta edición, McGraw-Hill. Bogotá, Colombia, 2001.
· Manahan, Stanley E. Introducción a la Química Ambiental. Reverté. México D.F., México,
2007.
Bibliografía complementaria
· Mortimer, Robert Thornton y Boyd, Robert Neilson. Química Orgánica. Quinta edición,
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Addison Wesley Longman. México D.F., México, 1998.
· Solomons, Graham T. W. Fundamentos de Química Orgánica. Segunda edición. Limusa.
México D.F., México, 2004.
Unidad 3
Tema(s) a desarrollar
Subtemas
QUÍMICA DEL SUELO
COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DEL SUELO: Contenido medio en
elementos del suelo y rocas de la corteza terrestre;
Composición y textura del suelo; Agrupación de las partículas
del suelo en función de su tamaño; Materia orgánica en el
suelo: ácidos húmicos y fúlvicos.
SOLUCIÓN DEL SUELO: Intervalo de pH en el suelo; Fuentes de
acidez y alcalinidad en suelos; Procesos de acidificación y
alcalinización del suelo; Equilibrio químico en suelos;
Intercambio iónico: catiónico y aniónico; Capacidad de
Intercambio Catiónico –CIC– de los suelos; Teoría de la doble
capa; Fenómenos de adsorción en suelos.
ATMÓSFERA DEL SUELO: Composición del aire en el suelo;
Procesos de intercambio de gases en suelos; Procesos de
oxidación y reducción en suelos; Metabolismo microbiano en
suelos.
PRÁCTICA 3: Propiedades del suelo.
8
No. de sesiones
Bibliografía básica
· Sposito, Garrison. The Chemistry of Soils. Second edition, Oxford University Press. New
York, USA, 2008.
· Bohn, Hinrich L., McNeal, Brian L. and O’Connor, George A. Soil Chemistry. Third edition,
John Willey and Sons. New York, USA, 2001.
Bibliografía complementaria
· Manahan, Stanley E. Introducción a la Química Ambiental. Reverté. México D.F., México,
2007.
· Juarez Sanz, M.; Sanchez Andreu, J. y Sanchez Sanchez, A. Química del Suelo y Medio
Ambiente. Universidad de Alicante. Alicante, España, 2006.
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Unidad 4
Tema(s) a desarrollar
Subtemas
QUÍMICA DEL AIRE
COMPOSICIÓN DEL AIRE Y ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA:
Estructura de la atmósfera; Composición del aire troposférico;
Fuentes naturales y antropogénicas de contaminación
atmosférica.
QUÍMICA TROPOSFÉRICA: Radical hidroxilo (detergente
atmosférico); Compuestos de nitrógeno: óxidos de nitrógeno
(NOX), radical nitrato y amoniaco; Compuestos orgánicos,
Monóxido de carbono; Compuestos de hidrógeno (HOX); Gases
de azufre (SOX); Ozono troposférico.
QUÍMICA ESTRATOSFÉRICA: Ozono estratosférico; Consumo de
la capa de ozono; Smog particulado (Londres) y smog
fotoquímico (Los Ángeles); Formación del smog fotoquímico.
PRÁCTICA 4: Determinación de SOx y NOx en aire.
8
No. de sesiones
Bibliografía básica
· Wallace, John M. and Hobbs, Peter V. Atmospheric Science: An Introductory Survey. Second
edition, Academia Press. San Diego, USA, 2006.
· Seinfeld, John H. and Pandis, Spyros N. Atmospheric Chemistry and Physics: From Air
Pollution to Climate Change. Second edition, John Willey and Sons. New Jersey, USA, 2006.
Bibliografía complementaria
· Manahan, Stanley E. Introducción a la Química Ambiental. Reverté. México D.F., México,
2007.
· Figueruelo, Juan E. y Dávila, Martín Marino. Química Física del Ambiente y de los Procesos
Medioambientales. Reverté. Barcelona, España, 2004.
METODOLOGÍA:
Exposición y orientación del profesor, participación del estudiante, entrega de material
escrito y dinámica grupal
EVALUACIÓN
Actividad
Primera evaluación
Unidad 1
Segunda evaluación
Unidad 2
Tercera evaluación
Unidades 3 y 4
Informes de laboratorio
Trabajo experimental
Porcentaje
25%
25%
20%
20%
10%
Fecha (día, mes, año)
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