Programa Quimica IV

PROGRAMA DE QUÍMICA IV
PRIMERA UNIDAD. LAS INDUSTRIAS DEL PETRÓLEO Y DE LA PETROQUÍMICA
PROPÓSITOS
Al finalizar la Unidad, el alumno:
• Ampliará su conocimiento sobre la estructura de la materia, a través del estudio de las propiedades del carbono, para comprender el
comportamiento químico de sus compuestos.
• Profundizará en el estudio de la reacción y enlaces químicos, mediante la investigación documental y experimental de algunas reacciones de
compuestos orgánicos, para conocer su importancia en la producción de productos útiles al hombre.
• Valorará la importancia de las industrias del petróleo y de la petroquímica al analizar su impacto económico, social y ambiental en el
desarrollo de México, para contribuir a la comprensión de la interacción entre la química y la sociedad.
Nota: Los números que aparecen entre paréntesis, después de las estrategias, corresponden al número del aprendizaje que se espera alcanzar y,
los que aparecen después de la temática corresponden al nivel de aprendizaje
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.
TIEMPO: 38 horas


APRENDIZAJE

El alumno:
A1. Selecciona, analiza e interpreta información relevante.
A2. Comunica en forma oral y escrita los resultados de su investigación y sus opiniones.
A3. Reconoce la importancia de los productos del petróleo y de la petroquímica en su vida diaria. (N1
A4. Selecciona, analiza e interpreta información relevante.
A5. Observa, registra y analiza información relevante al experimentar.
A6. Maneja con destreza y precaución las sustancias, material y equipo de laboratorio al experimentar.
A7. Comunica en forma oral y escrita los resultados de su investigación y expresa sus opiniones.
A8. Comprende que la composición del petróleo determina sus propiedades, usos y valor económico.
(N2)
A9. Comprende que el petróleo es una mezcla compleja. (N2)
A10. Comprende el fundamento de la destilación fraccionada y su importancia para separar los
componentes del petróleo. (N2)
A11. Relaciona el punto de ebullición con la masa molecular de los hidrocarburos. (N2)
A12. Identifica los elementos que constituyen a los hidrocarburos. (N1
A13. Selecciona, analiza e interpreta información relevante.
A14. Explica por medio de modelos dela estructura atómica del carbono, su tetravalencia y de
concatenación. (N2)
A15. Representa mediante modelos los isómeros estructurales de hidrocarburos sencillos. (N2)
A16. Comprende la geometría de las moléculas de los compuestos del carbono y la formación de enlaces sencillos, dobles y triples. (N2)
A17. Describe las características estructurales de los hidrocarburos saturados, no saturados y aromáticos. (N2)
A18. Establece la diferencia entre un hidrocarburo y los grupos alquilo que de él se derivan. (N2)
A19. Aplica las reglas de la IUPAC para nombrar los hidrocarburos estudiados. (N3)
A20. Establece diferencias y similitudes entre las propiedades de los hidrocarburos alifáticos y
aromáticos. (N2)
A21. Señala que las propiedades de los hidrocarburos dependen de la estructura de sus moléculas. (N2)
A22. Establece la diferencia entre un isómero estructural y un isómero geométrico. (N2)
A23. Relaciona el tipo de enlace con la reactividad en compuestos orgánicos. (N3)
A24. Distingue los enlaces doble y triple como centros reactivos en las moléculas de los hidrocarburos. (N2)
A25. Explica por qué son importantes los petroquímicos básicos. (N2)



ESTRATEGIAS SUGERIDAS



¿Por qué son importantes los productos de las industrias del petróleo y de la petroquímica?
(4 horas)

ƒPor medio de lluvia de ideas solicitar a los alumnos mencionar algunos productos derivados del petróleo y de la petroquímica que utilicen en la vida diaria.

ƒInvestigación documental o electrónica sobre las industrias del petróleo y de la petroquímica, sus productos e impacto económico en México. (A1)Analizar la información para responder a las preguntas: ¿son importantes los productos del petróleo?, ¿renunciarías a tales productos? En
discusión grupal concluir que los productos obtenidos del petróleo y de la industria petroquímica son importantes en la vida diaria. (A2, A3)


¿Qué es el petróleo y cómo se separan sus componentes?
(4 horas)

ƒ Investigación documental sobre la composición del petróleo, la clasificación del crudo mexicano (ligero, pesado y superligero), uso de sus derivados y valor económico. (A4)
ƒ Actividad experimental para caracterizar cualitativamente diferentes tipos de petróleo (viscosidad, color, aspecto, volatilidad, etc.) Elaborar el informe correspondiente. (A5, A6, A7)
ƒ De manera grupal analizar la información obtenida de la investigación documental y experimental para concluir que el petróleo es una mezcla compleja y que la separación de sus componentes es necesaria para obtener productos de precio mundialmente competitivo. (A8, A9)
ƒ Mediante una lectura, un video o un software que ilustre la destilación
fraccionada del petróleo y señale los usos de los productos que se Obtienen; realizar un análisis de la información y concluir que:
- El petróleo es una mezcla compleja cuyos componentes se separan por destilación fraccionada
- Las aplicaciones de las fracciones del petróleo como combustibles y materias primas para la industria petroquímica.
(A9, A10, A11)
ƒ Actividad experimental para determinar carbono e hidrógeno en hidrocarburos. Analizar los resultados y concluir que los hidrocarburos son compuestos formados por carbono e hidrógeno. Elaborar el reporte correspondiente. (A5, A6, A7, A12)


¿Por qué existe una gran cantidad de compuestos del carbono?
(6 horas)


ƒ Búsqueda de información sobre las propiedades del carbono y sus compuestos: tetravalencia, concatenación e isomería. Hacer un análisis de lo investigado. (A13)
ƒ Solicitar a los alumnos que, bajo la supervisión del profesor
- Establezcan, a partir de la información proporcionada en la tabla periódica, el número atómico, electronegatividad y electrones de valencia del carbono e hidrógeno
- Representen los átomos de carbono e hidrógeno mediante los modelos de Bohr (electrones internos y externos) y de Lewis (electrones de valencia)
- Representen los isómeros estructurales de algunos compuestos sencillos del carbono.
En discusión grupal concluir que el carbono forma una gran cantidad de compuestos debido a sus propiedades.
(A14, A15)
ƒ Pedir a los alumnos que, bajo la supervisión del profesor:
- Representen cadenas de moléculas sencillas lineales, ramificadas y cíclicas, considerando enlaces covalentes C-C, C=C, C≡C y C-H
- Construyan modelos tridimensionales de moléculas sencillas de geometría tetraédrica, triangular y lineal empleando globos, envases tetrapac, unicel, entre otros, y midiendo los ángulos para explicar la geometría molecular con la teoría de repulsión de pares electrónicos de
la capa de valencia (TRPECV).
Analizar los modelos construidos y concluir que los átomos de carbono tienen la capacidad de formar enlaces sencillos dobles y triples.


TEMATICA



Propiedades del carbono y sus compuestos:
• Tetravalencia
• Concatenación
• Isomería estructural
(N2)
Formas geométricas de las moléculas:
• Tetraédrica
• Triangular
• Lineal
(N2)
Enlaces covalentes sencillo, doble y triple.
(N2)
Características estructurales de hidrocarburos saturados, no saturados y aromáticos. (N2)
Representación de fórmulas: condensada, Desarrollada y semidesarrollada, y Representaciones
estructurales. (N2)
Nomenclatura IUPAC para nombrar los hidrocarburos. (N3) Grupos alquilo. (N1

Propiedades de los hidrocarburos por su estructura. (N2)
Propiedades de isómeros estructurales y geométricos. (N2)
Tipo de enlace y reactividad en compuestos orgánicos. (N3)
Reactividad del doble y triple enlace. (N2)
Petroquímicos básicos. (N2)

Estructura de los grupos funcionales: haluro,alcohol, éter, aldehído, cetona, carboxilo, éster,
amina, amida. (N2)
Propiedades de compuestos del carbono por su grupo funcional. (N2)
Reacciones de compuestos orgánicos:
• Sustitución
• Adición
• Eliminación
• Condensación
• Oxidación
(N2)


SEGUNDA UNIDAD. EL MUNDO DE LOS POLÍMEROS PROPÓSITOS


Al finalizar la Unidad, el alumno:
• Comprenderá los procesos de polimerización mediante el estudio de las reacciones químicas de adición y condensación, para conocer la
diversidad de polímeros que se pueden obtener y son útiles para el hombre.
• Reconocerá, mediante la investigación documental y experimental, que las propiedades de los polímeros dependen de su estructura
molecular, para comprender sus múltiples aplicaciones.
• Valorará el impacto socioeconómico y ambiental de la producción y empleo de los polímeros, para hacer uso responsable de estos materiales.
Nota: Los números que aparecen entre paréntesis, después de las estrategias, corresponden al número del aprendizaje que se espera alcanzar y, los que aparecen después de la temática corresponden al nivel de aprendizaje
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. APRENDIZAJES El alumno: A1. Explica la importancia de los polímeros con base en algunas de sus aplicaciones y usos. (N2) A2. Clasifica los polímeros en naturales y sintéticos. (N2 A3. Selecciona, analiza e interpreta información relevante. A4. Comunica en forma oral y escrita los resultados de su investigación y sus opiniones. A5. Señala que los monómeros son moléculas a partir de las cuales se formanlos polímeros. (N2) A6. Identifica los grupos funcionales presentes en fórmulas de monómeros. (N3) A7. Explica que la reactividad de los grupos funcionales presentes en los monómeros, es la que permite la formación de polímeros. (N2) A8. Asocia las propiedades de los polímeros con su estructura molecular. (N2) A9. Busca información pertinente, la analiza y sintetiza. A10. Comunica en forma oral y escrita los resultados de su investigación y sus opiniones. A11. Explica las reacciones de adición y condensación para la formación de polímeros. (N2) A12. Clasifica a los polímeros por su reacción y composición, en copolímeros y homopolímeros. (N3) A13. Maneja con destreza y precaución las sustancias, el material y equipo de laboratorio al experimentar. A14. Explica que las propiedades de los polímeros dependen de su estructura molecular y de las condiciones de reacción en que se lleva a cabo su síntesis. (N2 A15. Señala las diferencias entre las reacciones de adición y de condensación. (N2) A16. Comunica en forma oral y escrita los resultados de su investigación y sus opiniones. A17. Maneja con destreza y precaución las sustancias, el material y equipo de laboratorio al experimentar. A18. Clasifica a los polímeros por sus propiedades en: reticulares y lineales, de alta y baja densidad, termoplásticos y termoestables. (N2) A19. Busca información pertinente, la analiza y sintetiza A20. Asocia las propiedades de los polímeros termoplásticos y termoestables con la estructura de sus moléculas. (N2) A21. Señala que la presencia de átomos diferentes al carbono e hidrógeno en las moléculas de los polímeros, favorecen uniones intermoleculares e intramoleculares que influyen en las propiedades del polímero. (N2) A22. Valora el conocimiento químico que permite diseñar materiales que respondan a muy diversas necesidades. ESTRATEGIAS SUGERIDA ¿Qué son lo polímeros y por qué son tan importantes? (2 (4horas) ƒ Solicitar a los alumnos que, integrados en equipos, mencionen algunos productos de la industria petroquímica que con frecuencia emplean en su vida diaria. Analizar en una discusión grupal los productos mencionados, destacar que muchos de ellos corresponden a un grupo de compuestos del carbono llamados polímeros. (A1) ƒ Proyectar un video que permita a los alumnos establecer la importancia de los polímeros naturales y sintéticos, como ”La era de los polímeros” de la serie “El mundo de la química”, Vol 11, ILCE (duración 30 min.). Análisis grupal de la información presentada para concluir sobre qué son los polímeros, su importancia y clasificación en naturales ¿Cómo es la estructura química de los polímeros? (4 horas) ƒ Investigación documental sobre los conceptos de monómero y polímero. Análisis en grupo de la investigación. (A3, A4, A5) Presentar a los alumnos, en material didáctico (acetato, transparencias o software), un cuadro de polímeros importantes por sus aplicaciones que muestren para cada uno de ellos: a) la fórmula y nombre del monómero, b) la fórmula de la unidad estructural del polímero, c) el nombre del polímero, d) usos y e) el código de reciclado con el que se identifica en la industria. Solicitar a los alumnos que en equipo y con ayuda de la información anterior: - Localicen los grupos funcionales que están presentes en la estructura de los monómeros - Establezcan qué enlaces de los monómeros se rompen para formar los respectivos polímeros. (A4, A5, A6) Análisis en grupo de la actividad anterior, el profesor guiará la discusión para explicar: - Las características de los grupos funcionales y las razones por las que los monómeros pueden formar polímeros - La reactividad de los grupos funcionales que permite la formación de polímeros - La diferencia que existe entre los usos que se da a estos compuestos, cuando están presentes diferentes grupos funcionales - Que muchas de las propiedades de los polímeros y, en general de los compuestos del carbono, se deben a los grupos funcionales presentes en la molécula (A7, A8) ¿Cómo se obtienen los polímeros sintéticos? (8 horas) ƒ Investigación y elaboración de un resumen que dé respuesta a la pregunta ¿cómo se obtienen los polímeros sintéticos? (A9, A10) Con base en la información anterior, solicitar a los alumnos que integrados en equipo,construyan el modelo tridimensional de un segmento del polietileno a partir de cinco monómeros de etileno. Usar material como unicel, palillos, plastilina, entre otros. Concluir que este modelo representa un ejemplo de formación de polímeros por adición ƒ Exposición del maestro, considerando como ejemplo el modelo anterior y la investigación realizada, para explicar a los alumnos las diferencias entre las reacciones de adición (incluir las etapas de iniciación, propagación y terminación) y condensación para la obtención de polímeros, así como las diferencias entre los copolímeros y los homopolímeros. Destacar que los monómeros que participan en las reacciones de condensación, tienen dos grupos funcionales. (A11, A12) ƒPedir a los alumnos como trabajo extraclase, que dibujen en sus libretas diferentes segmentos de polímeros, que los clasifiquen en copolímeros u homopolímeros y señalen el tipo de reacción que se realiza (adición o condensación). Construir los polímeros a partir de los siguientes monómeros: a) Cinco moléculas de etileno (polietileno) b) Cinco moléculas de propileno (polipropileno) c) Una molécula de estireno y tres moléculas de 1,3 butadieno (hule sintético para llantas de automóvil) d) Tres moléculas de ácido tereftálico y tres moléculas de etilén glicol, alternado una molécula con otra (poliéster, también llamado dacrón). Analizar en forma grupal la actividad anterior. (A10, A11, A12) ƒ Obtención experimental de algún polímero de adición y otro de condensación, seleccionar entre los menos contaminantes, por ejemplo: - Obtención de poliuretano a partir de isocianato y poliol (condensación) - Obtención de polimetacrilato de metilo, utilizando metacrilato de metilo, NaOH al 10% (para lavado de metacrilato) y peróxido comercial al 20% o peróxido de benzoilo (adición) - Obtención de látex a partir de resina poliéster y ácido acético glacial (adición) - Obtención de rayón, utilizando celulosa (algodón, papel filtro), NaOH al 15% y CS2 (condensación) - Obtención de Nylon 6-10 con hexametilendiamina 0.5 M, cloruro de sebacilo 0.2M en hexano, colorante para alimentos y alcohol isopropílico o etanol (condensación). Realizar el análisis grupal de las reacciones seleccionadas, para establecer: a) cuál fue el monómero empleado, b) el o los grupos funcionales que presenta el monómero, c) las condiciones de reacción(mencionar las experimentales y las teóricas), d) si fue un proceso exotérmico o endotérmico, e) las propiedades del polímero obtenido y f) si se trata de una reacción de adición o condensación. Destacar que las propiedades del polímero están determinadas por su estructura molecular y las condiciones en las que se realizó su síntesis. Elaborar un informe de la actividad experimental. (A10, A11, A13, A14) ƒ Solicitar a los alumnos que elaboren un cuadro comparativo en el que señalen las diferencias y semejanzas entre las reacciones de adición y condensación para la obtención de polímeros. (A15) ¿Por qué los polímeros tienen tan diversas propiedades? (4 horas) Nota: Por el tiempo que se requiere para obtener resultados, esta actividad se iniciará al principio del curso y se harán observaciones durante él, será analizada cuando se aborde la biodegradación de los polímeros. Solicitar a los alumnos al inicio del semestre, que en un espacio adecuado de su casa, jardín o macetas, seleccionen muestras de polímeros de origen natural y sintético por duplicado, que una serie la expongan a la intemperie y la otra la entierren y rieguen en lapsos determinados de tiempo. Pedir que lleven un registro semanal de los cambios observados en el transcurso del tiempo, que en su momento se les solicitarán. (A16) ƒ Una clase antes de empezar el estudio de este apartado, solicitar a los estudiantes muestras del mayor número posible de materiales formados por polímeros (plásticos, hules, telas sintéticas y de algodón, papel, entre otros). ƒ Solicitar a los alumnos que en equipo, determinen experimentalmente algunas propiedades de los materiales que llevaron, tales como: densidad, transparencia, resistencia al calor, elasticidad, dureza. Elaborar el informe o un registro de la actividad mediante la V de gowin. (A17) ƒ Analizar en grupo la actividad anterior, el profesor guiará la discusión para señalar que de acuerdo a algunas de las propiedades de los polímeros, estos se pueden clasificar de diferentes formas, por ejemplo, reticulares y lineales, de alta y baja densidad, termoplásticos y termoestables. Hacer énfasis en la resistencia al calor, la que se relaciona con la característica de fusión, para clasificar a los polímeros . TEMÁTICA Clasificación de los polímeros de acuerdo a sus propiedades en: • reticulares y lineales • de alta y baja densidad • termoplásticos y termoestables. (N2) Relación entre la estructura y las propiedades de los polímeros. (N2) Importancia de los enlaces intermoleculares e Intramoleculares en las propiedades de los polímeros. (N2) Polímeros naturales (polisacáridos, proteínas y ácidos nucleicos): • Estructura • monómeros que los originan. (N3) Grupos funcionales y enlaces presentes en los polímeros naturales: polisacáridos, proteínas, ADN y ARN. (N3) Importancia del ADN en el campo de la Biotecnología. (N2) Características comunes y diferencias entre los polímeros naturales y los sintéticos, respecto a su: • estructura • biodegradabilidad • contaminación del ambiente. (N2) Impacto socioeconómico y ambiental de la producción y uso de polímeros. (N2)