Química de Materials (2500009) – Curs 2025/26 PDF
Temari
Assentar i consolidar els conceptes fonamentals de química: Formulació: conèixer els símbols i les valències dels principals elements químics; saber formular els compostos inorgànics més comuns; reconèixer els diferents tipus de compostos inorgànics (òxids, peròxids, hidròxids, hidrurs, àcids hidràcids, àcids oxàcids i sals). Estequiometria:'element, molècula, compost, ió; massa atòmica, massa molecular, mol, fórmula empírica i fórmula molecular; poder realitzar càlculs estequiomètrics senzills, càlcul de reactiu limitant i rendiment d'una reacció. Gasos i dissolucions: característiques de l'estat gasós; gasos reals i gasos ideals; llei dels gasos ideals; càlculs i unitats de concentracions de dissolucions. Definicions Lleis ponderals de la química Model de Bohr Model mecànic-quàntic de l'àtom Configuració atòmica Classificació dels elements: la Taula Períodica Propietats atòmiques periòdiques Energia d'enllaç Distancia d'enllaç Enllaços primaris: enllaç iònic, enllaç covalent, enllaç metàl·lic Enllaços secundaris o forces intermoleculars: Forces de Van der Waals, Ponts d'hidrogen Propietats dels enllaços Sòlids cristal·lins Estructura cristal·lina Imperfeccions en sòlids Solucions o dissolucions sòlides Sòlids amorfs Definicions: components, sistemes, fases i zones d'equilibri, estat d'equilibri, miscibilitat, immiscible, límit de solubilitat Sistemes binaris: Sistemes isomòrfs i sistemes eutèctics. Regla de la palanca: Quantificació de fases i composicions. Desenvolupament de microestructures: Aliatges Sistemes binaris: sistemes isomorfs i eutèctics Regla de la palanca: quantificació de fases i composicions. Preparació, anàlisis i identificació de mostres per la tècnica de difracció de raigs X
Objectius específics
Assentar i consolidar els conceptes fonamentals de química adquirits en el batxillerat. En cas que aquests coneixements no es tinguin, proporcionar eines per tal que els puguin assolir i es permeti el correcte seguiment de l'assignatura. Es consideren els següents coneixements bàsics pel correcte seguiment de l'assignatura: Formulació; Estequiometria; Gasos i dissolucions. Proporcionar coneixements bàsics de l'estructura de la matèria que permetin la interpretació de les propietats químiques, físiques i mecàniques dels materials a partir de les interacciones atòmiques, així com l'establiment de relacions entre la seva estructura microscòpica i les seves propietats macroscòpiques. A partir dels enllaços definir tipus de sòlids i les seves propietats químiques A partir de l'estudi de l'estructura cristal·lina ens endinsem en les imperfeccions, que ens permeten definir les solucions sòlides i a partir d'aquí definir i entendre els aliatges com l'acer. El coneixement dels diagrames de fases és de vital importància per entendre i predir les propietats mecàniques d'un aliatge. Els diagrames de fases ens permeten relacionar composició i temperatura per definir una determinada microestructura de l'aliatge en qüestió. Resolució de problemes de diferents sistemes binaris amb components d'elements metàl·lics amb l'objectiu de determinar diferents tipus d'aliatges descrivint microestructures, propietats físiques, químiques i mecàniques de cada aliatge en qüestió. Coneixement d'una tècnica d'anàlisis instrumental en la caracterització de mostres: difracció de raigs X . Amb la finalitat de complementar i assimilar els continguts explicats a l'aula i així potenciar l'activitat de l'estudiantat fora de l'aula per un aprenentatge de competències. Els aprenentatges de l'alumne són més potents i significatius, i les possibilitats de aprenentatge de competències, més rica i diversa, més creativa i divergent, és a dir, molt superior en comparació amb l'estil convergent - memorístic.
Dedicació
7h Grup gran + 7h Grup mitjà + 2h Grup petit/Laboratori + 22h 24m Aprenentatge autònomClassificació i propietats dels elements i materials metàl·lics Aliatges fèrrics Aliatges fèrrics: classificació, producció Definició de fases del diagrama Fe-Fe3C: fases, microestructures, transformacions de fase en condicions de no equilibri. Modificacions del diagrama i acers aliats. Acers: hipoeutectoides, eutectoides, hipereutectoides Foses i tipus Resolució de problemes del diagrama Definició de les fases del diagrama: quantificació de fases i composició dels aliatges Estats d'oxidació Reaccions d'oxidació-reducció Cel·les electroquímiques Potencials d'elèctrode o de semi-pila Equació de Nernst Estats d'oxidació Reaccions d'oxidació-reducció Equació de Nernst Heterogeneïtats electroquímiques Mecanismes de corrosió per contacte amb l'oxigen: via seca i via humida. Corrosió de les armadures en el formigó armat: mecanisme, protecció de l'armadura. Protecció química: passivació Corrosió per carbonatació i per clorurs Vida útil: diagrama Tuutti
Objectius específics
Introduir a l'estudi d'un dels principals materials de construcció utilitzats per l'Enginyer Civil en el seu exercici professional, a partir de l'estudi dels materials metàl·lics o acers. Coneixement bàsics dels acers, classificació, propietats, matèries primeres. El coneixement d'una de les més importants o principals patologies que pateix l'enginyeria civil en l'actualitat. Estudiar els principals tipus de processos químics, els factors que hi influeixen i les conseqüències que se'n deriven. El coneixement d'una de les més importants o principals patologies que pateix l'enginyeria civil en l'actualitat. La corrosió és una de les principals patologies del formigó armat. Coneixement del procés d'atac i vies de protecció per augmentar la vida útil del material i l'estructura.
Dedicació
4h Grup gran + 4h Grup mitjà + 11h 12m Aprenentatge autònomConceptes i definicions: conglomerant, hidraulicitat, pasta de ciment, morter, formigó. Presa i enduriment. Materials de construcció en l'Antiguitat: recull d'exemples més característics. Els primers lligants: argila, guix i calç. 1-Argila: composició química, mineralogia, estructura i propietats. Aplicacions de les argiles en la construcció i generalitats en les seves aplicacions en la construcció. 2- Guix: composició química i matèria prima, mineralogia i procés de fabricació. Propietats, normativa i aplicacions. 3- Calç: definicions, matèries primeres i classificació. Presa i enduriment tipus de calç. Fabricació, propietats, normativa i aplicacions en la construcció. Ciment Portland: - Origen i Matèries primes: Cru (dosificació del cru) - Etapes del procés de fabricació: Clinkerirtzació i formació del Clinker (cuit). - Tècniques de monitorització del producte: FRX i DRX - Components del clinker de Pòrtland. Estructura de fases. Bogue. Influència dels compostos del clínker a les seves propietats (velocitat i calor de reacció, i resistència a compressió). - Hidratació del ciment Portland: mecanismes de solubilitat i precipitació. Presa i enduriment. Etapes del procés d'hidratació. - Tècniques d'anàlisis (calorimetria i TGA) del seguiment de la hidratació. - Estructura de la pasta de ciment hidratada: pch (microestructura). - Addicions: tipus (putzolanes, cendres volants, escòries, fume de sílice, filler calcari...) - Ciments d'addicions i nomenclatura - Altres ciments i ciments especials (nomenclatura). RC-16. Ciment Aluminos (CAC): - Origen i Matèries primes: Cru (dosificació del cru) - Etapes del procés de fabricació: Clinkerirtzació i formació del Clinker (cuit). - Tècniques de monitorització del producte: FRX i DRX - Components del ciment d'aluminat càlcic.. Estructura de fases. Influència dels compostos o fases anhidres del clínker a les seves propietats (velocitat i calor de reacció, i resistència a compressió). - Presa i enduriment. - Conversió o transformació de la microestructura de la pasta de ciment aluminós. - Durabilitat del ciment CAC - Aplicacions i normativa (UNE). Normativa (UNE i RC-16), assaigs, límits i nomenclatura. Exercicis de: - Aplicació de Bogue. - Raonament, escollir el lligant més adequat en funció de l'entorn o medi ambient, temperatura ambiental, tipus d'estructura..etc. - Determinació dels tipus de lligants en base a la seva composició química i de les seves propietats i característiques. - Aplicació de la normativa UNE i RC-16. Pràctica al laboratori: Sessió 1: determinar la consistència més adequada de la pasta de ciment amb un assaig normatiu UNE amb la metodologia de l'agulla de Vicat. Sessió 2: Procés de fabricació i curat de morters. Sessió 3: Anàlisis, càlcul i determinació de la resistència del ciment i la seva classe resistent.
Objectius específics
Introduir a l'estudi dels materials de construcció utilitzats per l'Enginyer Civil en el seu exercici professional, a partir de l'estudi dels materials conglomerants. Posar en context els diferents tipus de lligants que caracteritzen el nostre Patrimoni Arquitectònic. I contextualitzar l'evolució i avenços en els lligants al llarg del temps fins a l'actualitat. Conèixer en profunditat un dels components essencials d'un dels materials més emprats en la construcció actual de l'Enginyeria Civil. Coneixement d'un dels ciments emprats a finals de la primera meitats del segle XX. Avantatges i inconvenients del seu ús en l'Enginyeria Civil. Coneixement del ciment emprat durant els anys seixanta i setanta de l'Espanya del segle XX. Posar èmfasis en la necessitat d'un sistema normatiu en l'ús dels diferents components i materials constructius en l'Enginyeria Civil. Conèixer les normes d'assaigs, normes de límits i normes de nomenclatura. Reconèixer els diferents tipus de lligants i les seves aplicacions. Valorar el tipus de lligant més idoni a l'aplicació, estructura i ambient. Les sessions pràctiques fomenten una participació activa dels alumnes amb la fi de poder ampliar i treballar els coneixements adquirits a l'aula. Els aprenentatges de l'estudiantat són més potents i significatius, i les possibilitats de aprenentatge de competències és més rica i diversa, i més creativa i divergent.
Dedicació
16h Grup gran + 3h Grup mitjà + 2h Grup petit/Laboratori + 29h 24m Aprenentatge autònomGeneralitats de l'Equilibri Químic (estat d'equilibri i constant d'equilibri) Principi de Le Chatelier Cinètica Química (velocitat de reacció, teories cinètiques, factors d'influència a la velocitat de reacció) Problemes resolts i per resoldre sobre equilibri químic i factors d' influencia que afecten a l'equilibri segons el principi de LeChatelier. Solubilitat de sòlids Equilibri de solubilitat Efecte de l'ió comú sobre la solubilitat Condicions per a la formació o solubilitat de precipitats Resolució de problemes resolts o per resoldre de: - Efectes de l'ió comu en un ambient salí - Influència del pH en una solució salina - Condicions per a la formació o solubilització de precipitats Teories àcid-base Producte iònic de l'aigua Escala de pH Àcids dèbils: constant de l'equilibri àcid i àcids polipròtics Bases dèbils: constant de l'equilibri bàsic Propietats àci-base de les dissolucions salines Problemes de càlcul en la resolució de reaccions àcid-base. Predicció del pH en la dissolució salina Processos d'atac i les seves conseqüències: - dissolució/lixiviació - canvi catiònic - processos d'expansió (atac salí, sulfats i formació d'etringita, Sal de Friedel, reacció alcalí-àrid). Medi marí: definició dels 3 ambients, i descripció de l'atac per clorurs en el formigó armat. Atac per carbonatació en la pasta de ciment hidratat i les seves conseqüències en el formigó armat. Resolució i raonament dels diferents processos que poden afectar a les estructures i les seves conseqüències segons l'ambient d'afectació. Mesures de prevenció o rehabilitació de les estructures
Objectius específics
Concepte fonamental per entendre les reaccions químiques en la durabilitat dels materials. Resolució d'exercicis amb l'objectiu d'aplicar els conceptes teòrics a problemes reals. Coneixements teòrics per comprendre l'acció d'aigües salines, marines, aigües pures... en determinats materials de construcció com és la pasta de ciment en el formigó. Aplicació dels conceptes teòrics de solubilitat i/o precipitats en ambients salins, pluges àcides, aigües pures...en els materials de construcció, principalment en la pasta de ciment hidratat. Conceptes teòrics de les reaccions àcid-base necessaris per aplicar-ho a la resolució de problemes reals que afecten a la durabilitat dels materials. Arribar a discernir el procés d'atac d'una solució salina i el seu pH i grau d'agressivitat en el procés per tal de valorar la durabilitat de l'estructura. Coneixement dels principals atacs o processos causats principalment pel medi ambient als materials de construcció (metalls:acers, formigó en massa i armat) i les seves conseqüències en la vida útil o en servei de l'estructura. Problemes reals en les estructures que afecten actualment a l'Enginyeria Civil.
Dedicació
7h Grup gran + 6h Grup mitjà + 18h 12m Aprenentatge autònomMitjançant la metodologia d'aprenentatge de "Flipped Classrom" introduir els ODS en la química de materials els conceptes bàsics de: - Producció responsables. - Modalitats de consum i producció sostenibles. - Acció climàtica. - Adoptar mesures per combatre el canvi climàtic i els seus efectes. - Promoure la industrialització inclusiva i sostenible i fomentar la innovació. - Igualtat de gènere. Mitjançant la metodologia del "Flipped Classrom" realitzar el treball competencial autònom i cooperatiu fora de l'aula (recerca bibliogràfica, lectures científiques, visualització de vídeos i realització de qüestionaris (google forms i kahoots))
Objectius específics
- Producció responsables. - Modalitats de consum i producció sostenibles. - Acció climàtica. - Adoptar mesures per combatre el canvi climàtic i els seus efectes. - Introducció a promoure la industrialització inclusiva i sostenible i fomentar la innovació. - Igualtat de gènere.
Dedicació
2h Grup mitjà + 2h 48m Aprenentatge autònom