Temario
Química Analítica
- Disoluciones. Definición. Diferentes formas de expresión de la concentración. Cálculos de concentraciones.
- Equilibrio ácido-base. Definición de ácidos y bases según el concepto de Bronsted-Lowry. Definición de pH. Relación entre el producto iónico del agua y los valores de pKa y pKb. Predicción cualitativa y cuantitativa de reacciones ácido-base. Calculo de pH de ácidos y bases fuertes, ácidos y bases débiles. Cálculo del pH de disoluciones de anfolitos y de disoluciones amortiguadoras.
- Equilibrio redox. Agentes oxidantes y reductores. Ley de Nernst. Fuerza relativa de oxidantes y reductores. Predicción cualitativa y cuantitativa de reacciones redox. Cálculos de potencial de disoluciones que contengan oxidantes y/o reductores.
- Equilibrios de formación de complejos sencillos (relación estequiométrica 1:1). Definición de constantes de disociación y formación de complejos. Predicción cualitativa y cuantitativa de reacciones de formación de complejos. Cálculos de concentración de las especies involucradas en el equilibrio de complejación.
- Equilibrios de solubilidad. Definición de Ks y pKs. Relación entre solubilidad y la constante Ks. Efecto del ion común. Predicción cualitativa y cuantitativa de reacciones de formación y solubilización de precipitados. Cálculos de concentración de las especies involucradas en el equilibrio de precipitación.
- Identificación de cationes de los bloques "s" y "p" de la primera serie de elementos de transición. Identificación de aniones de uso más frecuente: halogenuros, nitrato, sulfuro, sulfato, carbonato y oxalato.
- Valoraciones ácido-base, redox y de formación de complejos. Uso de indicadores visuales de fin de reacción.
- Ley de Lambert-Beer. Aplicaciones.
- Principios básicos de cromatografía.
Química Inorgánica
- Estrutura atómica y tabla periódica: configuración electrónica, principio de exclusión de Pauli, primera regla de Hund. Grupos principales. Tendencias generales de los parametros atómicos dentro de los principales grupos en la Tabla Periódica: tamaño atómico, tamaño iónico, primera energía de ionización, electronegatividad, electroafinidad, número de oxidación máximo, metales, semi-metales y nometales.
- Formulación y nomenclatura IUPAC: los elementos naturales, substancias simples, compuestos de los elementos de los grupos principales, compuestos de metales de transición del bloque "d". Compuestos de coordinación: complejos metálicos de los cationes de los bloques s, p y primera serie de transición, y número de coordinación.
- Masa atómica relativa. Isótopos: conteo de nucleones (número de masa, número atómico) y abundancias relativas. Isótopos radiactivos: decaimiento radiactivo (alfa, beta, gamma), reacciones nucleares (alfa, electrones, positrones, protones, neutrones).
- Estequiometría. Balance de equaciones. Relaciones de masa y volumen. Fórmulas empíricas. Masa molar. Constante de Avogadro.
- Enlace químico: estruturas de Lewis, regla del octeto. Enlace covalente. Estrutura molecular. Geometria de moléculas sencillas. Moléculas polares y no polares. Enlace iónico. Enlace metálico.
- Estructura y propiedades físicas de sólidos cristalinos. Características generales de cristales iónicos, covalentes, moleculares y metálicos. Sistemas cristalinos. Sistema cúbico: estructura primitiva, estructura centrada en el cuerpo, estructura centrada en las caras, relaciones entre tamaño atómico ó tamaño iónico y parámetros de celda, y densidad.
- Elementos del bloque "s": productos de reacción de los metales con oxígeno. Productos de la reacción de los metales con el agua; basicidad relativa. Productos de la reacción de los metales con los halógenos. Hidruros.
- Elementos del bloque "p": productos de la reacción de estos elementos con O2, H2 y halógenos. Compuestos con halógenos y en oxoaniones de los elementos siguientes, con los estados de oxidación citados: B(III), Al(III), Si(IV), N(V), P(V), S(IV ó VI), O(II), F(I), Cl(I, III, V ó VII), Pb(II) y Bi(II). Productos de la reacción de óxidos no metálicos con el agua y estequiometría de los ácidos resultantes. Reacción de los halógenos con el agua. Hidróxidos con propiedades anfóteras. Pasivación del aluminio.
- Elementos del bloque "d": compuestos con los estados de oxidación referidos para los seguientes metales de este bloque: Cr(III ó VI), Mn(II, IV ó VII), Fe(II ó III), Co(II), Ni(II), Cu(I ó II), Ag(I), Zn(II), Hg(I ó II). Colores en disolución acuosa de los iones de los referidos metales del bloque "d" y la valencia de los cationes que se forman. Hidróxidos con propiedades anfóteras. Pasivación del hierro y del cromo.
- Oxidación y reducción: predicción de las reacciones de oxidación con base en los valores de potenciales normales de reducción. Solubilización de los metales en medio ácido diluido. Aniones comúnmente usados como oxidantes y redutores: propiedades reductoras del HNO2 y sus sales, propiedades oxidantes del HNO3 y sus sales, reacción del Na2S2O3 con yodo. Disminuición de la reactividad y poder oxidante de los halógenos del F2 al I2. Productos de la reducción del permanganato en función del pH.
- Obtención industrial de produtos inorgánicos importantes: H2SO4, NH3 (processo de Haber-Bosch), HNO3 (método de Ostwald), Na2CO3 (método de Solvay), Cl2, NaOH, H3PO4 y aluminio (processo de Bayer y processo de Hall-Héroult). Fertilizantes inorgánicos: nutrientes primarios y nutrientes secundarios.
- Ciclos naturales: agua, carbono, nitrógeno y oxígeno.
Química Orgánica
- Alcanos. Nomenclatura IUPAC. Hibridación sp3. Propiedades físicas. Obtención. Reacciones principales de los alcanos: halogenación, oxidación y pirólisis. Mecanismo radicalario de la halogenación
- Cicloalcanos. Nomenclatura IUPAC. Conformación de silla y bote. Estabilidad de los constituyentes de los cicloalcanos: enlaces ecuatoriales y axial, isómeros cis-trans.
- Alquenos. Nomenclatura IUPAC. Hibridación sp2. Isomería cis-trans. Métodos de obtención en el laboratorio. Regla de MarkoVnicov. Reacciones principales de los alquenos: reducción, adición y ozonólisis. Mecanismos de las reacciones de adición.
- Alquinos. Nomenclatura IUPAC. Hibridación sp. Métodos de obtención en el laboratorio. Reacciones principales de los alquinos: adición, oxidación y reducción. Acidez de los alquinos.
- Halogenuros de alquilo. Nomenclatura. Obtención. Reacciones de sustitución y eliminación. Mecanismos básicos de sustitución y eliminación: SN1 , SN2; E1 y E2. Reacciones de identificación de derivados halogenados.
- Compuestos aromáticos. Nomenclatura IUPAC. Benceno: estructura y aromaticidad. Resonancia. Derivados del benceno. Reacciones de sustitución y eliminación. Reacciones de sustitución electrofilica y efecto del sustituyente. Alquilbencenos.
- Alcoholes y fenoles. Nomenclatura IUPAC y clasificación. Identificación. Síntesis de alcoholes. Obtención de fenoles. Acidez del alcoholes y fenoles. Reacciones de alcoholes: ruptura del enlace C-OH, ruptura del enlace O-H. Reacciones de fenoles: Acidez. Formación de éteres y ésteres. Reacciones de identificación de alcoholes y fenoles.
- Aldehidos y cetonas. Estructura y nomenclatura IUPAC. Métodos de obtención de aldehidos: oxidación de alcoholes primarios y metilbencenos, reducción de cloruros de ácido. Métodos de obtención de cetonas: oxidación de aldehidos y de metilcetonas (reacción de haloformo), reducción, adición nucleofílica (Grignard, cianuros, derivados de amoníaco). Enlaces cetálicos, hemi, su importancia en los azúcares. Acidéz de los hidrógenos al grupo carbonilo: tautomería ceto-enol. Condensación aldólica. Reacciones de identificación de grupo carbonilo.
- Ácidos carboxílicos. Nomenclatura IUPAC. Fuerza ácida, efectos inductivos. Métodos de obtención: oxidación: hidrólisis de nitrilos, de ésteres y carbonatación de reactivos de Grignard. Reacciones de ácidos carboxílicos: conversión a cloruros de ácido, ésteres y amidas. Ácidos di o tricarboxílicos. Ácidos aromáticos y su obtención.
- Derivados de ácidos carboxílicos. Cloruro de ácido: nomenclatura IUPAC, obtención y reacciones (obtención de ácidos, amidas, ésteress y acilación de Friedel-Crafts). Anhídridos de ácido: nomenclatura IUPAC, obtención y reacciones: hidrólisis, obtención de amidas, ésteres y acilación de Friedel-Crafts). Amidas, nomenclatura, obtención e hidrólisis.
- Aminas. Nomenclatura y clasificación. Reacciones de reconocimiento de aminas primarias, secundarias y terciarias. Métodos de obtención: reducción de grupos nitro o nitrilo, y reacción de halógenos con amoníaco. Basicidad de aminas aromáticas y alifáticas. Reacciones: conversión a amidas, reacciones con ácido nitroso. Obtención y reacciones de sales de diazonio. Colorantes.
- Estereoquímica. Estereoisómeros. Enantiómeros. Diasteroisómeros. Confórmeros. Notación. Isomería óptica. Configuraciones R y S. Confórmeros. Proyecciones de Fischer y de Newman.
- Macromoléculas. Polímeros naturales: almidón, celulosa. Polímeros sintéticos, propiedades. Polímeros de adición: polietileno y poliestireno. Polímeros de condensación: poliamidas, poliésteres. Reciclaje de polímeros.
- Aminoácidos y péptidos: estructura iónica de los aminoácidos;. Punto isoeléctrico. Clasificación en grupos de los veinte aminoácidos. Enlace peptídico. Peptidos y determinación de su estructura.
- Proteínas: estructura primaria de las proteínas. Desnaturalización por cambio de pH, temperatura, metales y EtOH.
- Ácidos grasos y grasas: nomenclatura IUPAC desde el C4 al C18. Miscelas, jabones y detergentes.
- Carbohidratos: glucosa y fructuosa, sus proyecciones de Fischer y de Haworth. Diferencias entre la a y b D-glucosa. Reacciones de las aldosas. Formación de glucósidos, mutaroración de la glucosa. Enlace glucosídico de los disacáridos.
Química Física
- Termodinámica: Sistema y sus alrededores. Primera ley de la termodinámica. Calor, energía y trabajo. Relación entre entalpía y energía. Funciones de estado. Definición de capacidad calorífica. Ley de Hess. Uso de las entalpías de formación estándar. Entalpías de combustión, de disolución y de solvatación. Energías de unión (definición y usos). Segunda ley de la termodinámica: definición de entropía (q/T). Entropía y desorden. Relación G=H - TS. DG y direccionalidad de los cambios.
- Gases: Ley de los gases ideales, concepto de presión parcial. Propiedades críticas.
- Sistema de fases: Presión de vapor de un líquido y su dependencia de la temperatura. Ley de Henry. Ley de Raoult. Propiedades coligativas (elevación del punto de ebullición, depresión del punto de congelación). Determinación de masa molar. Presión osmótica.
- Equilibrio químico: Modelo dinámico del equilibrio químico; expresión del equilibrio químico en términos de concentraciones relativas y de presiones parciales relativas. Relación entre la constante de equilibrio para gases ideales expresada en términos diferentes (concentración, presión y fracción molar). Definición de coeficiente de actividad.
- Equilibrio iónico: Teoría de Arrhenius y de Bronsted-Lowry de ácidos y bases. Equilibrio de electrodos: definición de fuerza electromotriz, electrodos de primera clase, potencial estándar de electrodo. Ecuación de Nernst. Electrodos de segunda clase. Leyes de Faraday.
- Cinética de reacciones homogéneas: Factores que afectan la rapidez de reacción, ecuación y constante de velocidad. Orden de reacción. Dependencia del tiempo y la concentración en reacciones de primer orden, tiempo de vida media, y su relación con la rapidez de la reacción. Paso deternminante de la velocidad. Molecularidad. Definición de energía de activación y ecuación de Arrhenius. Cálculo de la rapidez de la reacción para reacciones de primer orden.
- Números cuánticos n, m, y l. Niveles energéticos del átomo de hidrógeno (fórmula). Forma de los orbitales p. Electrones no apareados y paramagnetismo.
Técnicas experimentales
- Conocimiento de las normas de seguridad en el laboratorio. Manipulación de muestras y reactivos bajo condiciones seguras.
- Empleo de material de vidrio de uso común
- material graduado: probetas, pipetas, vasos de precipitados
- material aforado: balones, pipetas, buretas
- material para contener: erlenmeyer, cristalizadores, vidrio de reloj, balones de fondo redondo, cápsula de porcelana, tubos de ensayo - Manejo de material de hierro de uso común: soportes universales, pinzas, agarraderas, aros, mechero. Utilización de termómetro. Empleo de planchas calefactoras con agitación magnética, balanza y pH-metro. Empleo de desecadores.
- Empleo de pera de succión o pera de goma y propipeta.
- Preparación de soluciones. Diluciones utilizando material volumétrico.
- Métodos volumétricos: Titulaciones ácido-base, complejométricas, RedOx y de precipitación. Indicadores. Determinación del punto final. Titulaciones por retorno (por retroceso).
- Filtración por gravedad, por succión (utilizando vacío) y bajo presión (por ejemplo, utilizando una jeringa).
- Procedimiento de cristalización simple. Precipitación de compuestos en solución. Lavado de precipitados. Purificación de muestras por recristalización.
- Proceso de secado sobre plato poroso.
- Determinación del punto de fusión de un compuesto. Método del punto de fusión mezcla para la identificación de compuestos.
- Armado (montaje) de equipos para destilación simple y fraccionada.
- Armado (montaje) de equipos de reflujo.
- Empleo de baño de maría.
- Extracción líquido-líquido. Utilización de ampolla de decantación (embudo de separación).
- Cromatografía en capa delgada, en papel o sobre placa de celulosa.
- Identificación de compuestos inorgánicos: ensayos cualitativos.
- Identificación de grupos funcionales de compuestos orgánicos mediante ensayos sencillos, de acuerdo a un protocolo dado. Alquenos, halogenuros de alquilo y arilo, alcoholes, fenoles, carbonilo, aminas, ácidos carboxílicos. Ensayos de solubilidad. Interpretación de resultados.
- El uso de cualquier otro equipo no contemplado en este temario requerirá una demostración previa por parte del Comité Académico/Organizador del Certamen.