Por favor, use este identificador para citar o enlazar este ítem:
https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/4797| Título : | Renovación y proposición de prácticas de la asignatura de Química del Estado Sólido |
| Autor : | Garcia Marquez, Alfonso Ramon |
| Fecha de publicación : | 2016 |
| Resumen : | Este proyecto consiste en la renovación de las prácticas del laboratorio de química del estado sólido basándose en las nuevas rutas de síntesis alternas utilizadas para la obtención de materiales para el almacenamiento y aprovechamiento de energía, compuestos porosos, pigmentos nanoestructurados, entre otros. La implementación y desarrollo de dichas prácticas permitirán al alumno tener una visión actual de los métodos de síntesis de sólidos con valor agregado y uso cotidiano, así como alternativas de síntesis de menor consumo energético y amigables con el medio ambiente. Con base en los resultados obtenidos para las prácticas que se realizarán, se actualizará el manual de prácticas el cual se espera publicar al final del proyecto. Para reforzar esta reforma, se realizará paralelamente un cuaderno de ejercicios de síntesis de sólidos que permita complementar el aprendizaje de la materia tanto en teoría como en el laboratorio. |
| URI : | http://132.248.161.133:8080/jspui/handle/123456789/4797 |
| metadata.dc.contributor.responsible: | Garcia Marquez, Alfonso Ramon |
| metadata.dcterms.callforproject: | 2016 |
| metadata.dc.coverage.temporal: | 2016-2017 |
| metadata.dcterms.educationLevel: | nivel superior |
| metadata.dcterms.educationLevel.SEP: | Licenciatura |
| metadata.dc.description.objective: | Actualizar el programa existente del laboratorio de química del estado sólido abarcando los métodos de síntesis más comunes en el campo. Plantear a los estudiantes una visión de síntesis-utilidad en cada material que se realiza, para crear una conciencia de generación mínima de desechos. Fortalecer la infraestructura del laboratorio de estado sólido mediante la adquisición de equipo reciente, de menor consumo de energía eléctrica y que permita minimizar riesgos de operación para su uso en docencia. Compilar estos nuevos avances en un libro de prácticas y ejercicios de síntesis de sólidos que estén al alcance de los estudiantes. |
| metadata.dc.description.hypothesis: | La implementación de nuevas prácticas de laboratorio para la asignatura de Química del Estado Sólido permitirá a los estudiantes adquirir destreza en la síntesis de sólidos (de la misma manera que él hace, en un porcentaje significativo manejando cambios químicos en sistemas en disolución de las demás materias asociadas a síntesis) y su proceso de caracterización (preparación de la muestra, medición e interpretación). Introducir al estudiante en la concepción de su sólido como un compuesto con valor agregado por sus propiedades, y permitirle construir un criterio científico de la relación estructura y sus propiedades tanto físicas como químicas. Al ir desarrollando esta propuesta, se incrementará el interés de los estudiantes por especializarse en esta rama de la química. Al reducir el uso de las muflas como único dispositivo para síntesis, el consumo de energía eléctrica, el tiempo por práctica y los riesgos por su uso se verán minimizados. De igual manera, se tendrán más equipos para diversificar la metodología de síntesis obteniendo con ésto, un laboratorio más eficiente en el área de síntesis. Promover el trabajo colaborativo de los estudiantes para que resuelvan problemas particulares en equipo, acordes con su nivel de conocimiento. Hacer que el laboratorio funcione como una extensión de la clase de teoría sin que pierda el objetivo del conocimiento práctico. Al contar con la infraestructura adecuada, se podrá satisfacer la demanda creciente de estudiantes de manera óptima para las próximas generaciones y elevar la calidad de la enseñanza de la asignatura en las carreras de química e ingeniería de materiales. Al ser un plan a mediano plazo, este comenzará de manera inmediata y se requerirá de otros esfuerzos. |
| metadata.dc.description.strategies: | Fase 1: primeros 12 meses En esta etapa se comenzará por comprar el material necesario para las prácticas ya realizadas y se procederá a la puesta en operación de un horno de convección para realizar la práctica de química solvotermal (nueva práctica propuesta). El sólido que se sintetizará será el fosfato de litio y hierro(II) (un compuesto utilizado para celdas de combustible) utilizando etilenglicol como disolvente. Se realizarán varios protocolos en cuanto a su síntesis basados en referencias científicas recientes (ref 1. Ver carta parti Biblio.). Las cuales reportan diversas morfologías debidas al método de síntesis. En este caso, los estudiantes podrán comparar parámetros como rendimiento, tamaño de cristal, forma (si se asiste con una microscopía de barrido) y relacionarlos con el tipo de variante sintética (disolvente, aditivo y precursores) El tiempo de reacción será de 6 horas, por lo que la práctica tendrá una duración de dos sesiones. Se implantará una práctica piloto para la obtención de geles y capas finas de dióxido de titanio (IV)(TiO2) mesoporosos mediante las técnica de sol-gel (2). Esto permitirá obtener sólidos con propiedades fotocatalíticas las cuales se estudiarán durante el segundo período. Algunos de los reactivos necesarios se encuentran disponibles en el laboratorio actualmente, por lo que no se necesitará un gasto elevado en cuanto a compra de consumibles. Se aplicará una práctica para la síntesis de esqueletos metal-orgánicos por síntesis coloidal(3). Al ser rápida y fácil de realizar (tiempo de reacción 1 h) permitirá su realización en una sola sesión. Al no requerir condiciones muy especiales, lo único necesario es una parrilla de agitación por equipo. Al tener un compuesto microporoso, se utilizará en el tercer período para realizar una práctica de caracterización de compuestos porosos, planeada para el segundo período. Su caracterización estructural se realizará empleando la difracción de rayos X la cual se realizará en un primer tiempo en el laboratorio del Doctor Xim Bockhimi, del Instituto de Física, esperando tener un equipo de caracterización dentro de la facultad para los períodos subsecuentes. Se procederá a mejorar la práctica de determinación de estructuras por difracción de rayos-X de polvos, explicando al estudiante los tipos de celda, las bases de datos cristalográficos y la paquetería asociada a la técnica de difracción. Para llevar a cabo ésta actualización se tiene una licencia institucional (site lic.) de la paquetería (Diamond y Match) que permite generar difractogramas de estructuras a partir de datos como parámetros de celda, posiciones atómicas y grupo espacial (Diamond) y cotejar los patrones de difracción obtenidos con los reportados en la lit. científica (Match). Segunda etapa: Meses 13-24 Se adquirirá un horno de microondas para realizar síntesis de sólidos a bajas temperaturas. A diferencia de los microondas para uso doméstico, éste dispositivo tiene un control de temperatura/potencia por medio de un termopar. Se planean realizar síntesis de titanato de bario, cuyos tiempos de reacción son menores a tres horas, con el fin de realizar la práctica en una sola sesión. Se implementará la práctica de degradación de colorantes en un soporte de TiO2 mesoporoso(2b), el cual se sintetizará mediante la técnica de sol-gel. La degradación se realizará utilizando un reactor fotoquímico con fuente UV que se construirá parcialmente en el taller de vidrio. Algunos de los colorantes a utilizar son de difícil degradación y potencialmente tóxicos, que pueden estar presentes en residuos de la industria textil u hospitales (2b,4). Unos de estos colorantes (e.g. cristal violeta, índigo o anaranjado de metilo) comunes a prácticas de las asignaturas de química orgánica y general. Para realizar caracterizaciones de propiedades eléctricas de sólidos, se comprarán los componentes necesarios para realizar caracterización eléctrica del sólido sintetizado en la práctica de síntesis so |
| metadata.dc.description.goals: | Año 1: -Instalación de un horno de convección para realizar síntesis solvotermales -Realizar la práctica como "piloto" y hacer un análisis de logro, tiempo/práctica y asociación con los conceptos necesarios para realizarla. -Comenzar prácticas piloto de síntesis a temperatura ambiente (sol-gel, síntesis coloidal) para preparar sólidos porosos. Realización de nuevas prácticas de caracterización de rayos-X Año 2: Compra y puesta en operación de un horno de microondas para realizar síntesis -Realización de práctica de degradación de colorantes con catalizadores en fase heterogénea. -Síntesis de análogos de azul maya (materiales híbridos) -Compra y puesta en operación de infraestructura para hacer caracterizaciones -Realización de prácticas para caracterización de sólidos porosos -Implantación de la práctica de síntesis de sólidos para electrodos y/o "termoeléctricos" Año 3: -Análisis de resultados, redacción y publicación del libro de prácticas -Creación de una comisión de gestión, evaluación e innovación del laboratorio de química de estado sólido. |
| metadata.dc.description.selfAssessment: | El proyecto permitió actualizar la visión laboratorio de Química del Estado Sólido y adecuarlo al contexto actual que comprende la elaboración de compuestos para su aplicación en dispositivos de almacenamiento y transformación de energía (baterías, celdas de hidrógeno, celdas fotovoltaicas). Infraestructuralmente, el laboratorio pudo ser actualizado mediante la digitalización de muflas existentes, la compra de un horno de convección y reactores para realizar síntesis solvotermal, la adquisición de dos morteros de ágata para molienda, piezas clave en la preparación de muestras y la compra de reactivos para la realización de las prácticas ya existentes. A nivel propuesta experimental, se logró expandir los métodos de síntesis utilizados con anterioridad (coprecipitación, método cerámico, sol-gel) a métodos de química a bajas temperaturas con productos obtenidos de manera pura y sin tener consideraciones estrictas de atmósfera, humedad y consumo energético. Es así como las prácticas de "síntesis coloidal de esqueletos metal-orgánicos", "sol-gel para la obtención de sensores" y "síntesis hidrotermal de LiFePO4" permitieron, a diferencia de las propuestas anteriores, hacer una relación estructura-propiedades del producto mediante las caracterizaciones complementarias que se realizaron. En el caso de la síntesis coloidal, se evaluó la formación de los enlaces metal-ligante mediante infrarrojo, sin necesidad de servicio externo al laboratorio de docencia, además de evaluar su porosidad mediante estudios de porosimetría realizados en un laboratorio de la Facultad de Química. En el caso de la práctica sol-gel. El estudiante, además de aterrizar el concepto de sensor, puede observar el cambio de su material obtenido mediante pruebas químicas sencillas y sin necesidad de una técnica de caracterización que requiera un equipo costoso o una técnica abstracta. Por último, el producto de síntesis hidrotermal (LiFePO4) obtenido, permite evaluar propiedades magnéticas y electroquímicas mediante un estudio de susceptibilidad magnética (cuyo equipo se encuentra en el laboratorio) y otro de voltamperometría cíclica (con un equipo instalado temporalmente dentro del laboratorio). A pesar de todos estos logros, será necesario realizar las siguientes acciones (a juicio del responsable). -Concluir con los productos ofrecidos a la brevedad. -Continuar con la proposición de prácticas que fomenten el uso de nuevas técnicas de síntesis distintas a las ya realizadas. -Continuar con la mejora de la infraestructura mediante la adquisición de nuevos equipos de caracterización que sean útiles PARA TODAS LAS PRÁCTICAS REALIZADAS EN EL LABORATORIO DE DOCENCIA EN CUESTIÓN (Química Covalente, Química de coordinación, Síntesis de materiales) cuyo presupuesto venga de la solicitud de nuevos proyectos. -Crear una comisión de evaluación para la mejora contínua del Laboratorio de Química del Estado Sólido. |
| metadata.dc.description.goalsAchieved: | -El horno eléctrico de convección para síntesis se instaló correctamente y se ha realizado la práctica de química solvotermal basado en el guión elaborado durante el período: "Síntesis hidrotermal de LiFePO4". Dicha práctica tiene una duraciónde dos sesiones de 3 horas. -Se elaboraron los guiones de las siguientes prácticas de síntesis a temperatura ambiente: "Síntesis de sensores a base de sílica" "Síntesis de esqueletos metal-orgánicos" La primera surge como alternativa a la práctica de síntesis por el método sol-gel precedente "Síntesis de BaTiO3 por el método sol-gel". Después de 2 semestres, los estudiantes han realizado de manera exitosa las síntesis y caracterizaciones de éstas 3 prácticas, por lo que ya han superado el estado piloto y están listas para introducirse como parte de un manual de laboratorio de estado sólido. -Si bien no hay un protocolo de nuevas prácticas de caracterización de rayos-X, las modificaciones a la práctica "Reacciones en estado sólido" permiten al estudiante realizar la indexación y la determinación de parámetros de celda de casos reales sintetizados por él, lo cual permite asociar los conceptos de ausencias sistemáticas para determinar el tipo de celda cúbica con una serie de titanatos de metales alcalinotérreos y utilizar paqueteria informática de tratamiento de datos en un contexto actual sin dejar de lado los principios básicos de determinación de estructura a partir del difractograma. Adicionalmente, la práctica "Síntesis de in esqueleto metal-orgánico" permite realizar el análisis de difractograma de la misma manera, permitiendo al estudiante que ejercite la interpretación y la indexación del difractograma obtenido. |
| metadata.dcterms.provenance: | Facultad de Química |
| metadata.dc.subject.DGAPA: | Química |
| metadata.dc.type: | Proyecto PAPIME |
| Aparece en las colecciones: | 2. Área de las Ciencias Biológicas, Químicas y de la Salud |
Ficheros en este ítem:
No hay ficheros asociados a este ítem.
Los ítems de DSpace están protegidos por copyright, con todos los derechos reservados, a menos que se indique lo contrario.
