La preservación del medioambiente depende del adecuado manejo de la energía y los recursos naturales, como también de una gestión eficiente de los residuos. En esta asignatura, se estudian procesos biológicos, físicos y químicos que son optimizados por la Biotecnología y la Ingeniería Ambiental.
UNIDAD 1. Procesos químicos en equilibrio en la naturaleza
1. Introducción a las ciencias ambientales
1.1. Ambiente y ciencias ambientales
1.2. Procesos químicos naturales en la biosfera
1.3. Procesos químicos asociados a procesos de contaminación
2. Reacciones químicas en equilibrio
2.1. Energía libre de Gibbs y expresiones de equilibrio en reacciones químicas
2.2. Equilibrio ácido-base
2.3. Equilibrios de solubilidad y formación de complejos
2.4. Equilibrios simultáneos y su solución utilizando programas de modelado químico
3. Estudios de caso
UNIDAD 2. Velocidades de procesos químicos y biológicos en la naturaleza
1. Cinética Química
1.1. Conceptos básicos de cinética (constante de velocidad y orden de reacción)
1.2. Ecuaciones de velocidad de reacción: primer orden, segundo orden y n-orden
1.3. Análisis de resultados cinéticos (método integral, método diferencial, método de vida media)
1.4. Efecto de la temperatura sobre la velocidad de la reacción
1.5. Molecularidad y mecanismos de reacción.
2. Cinética Enzimática
2.1. Catálisis enzimática (energía de activación y formación del complejo activado)
2.2. Cinética de Michaelis-Menten
2.3. Inhibición Enzimática
2.4. Efecto de la temperatura y pH
3. Cinética Microbiana: Cinética de crecimiento de Monod
4. Estudios de caso.
UNIDAD 3. Procesos de oxido-reducción en sistemas naturales
1. Conceptos
1.1. Actividad de electrones (pE)
1.2. Reacciones químicas redox y su relación con el estado de oxidación de una sustancia
1.3. Balanceo de reacciones redox
1.4. Semi-reacciones redox
1.5. Celda electroquímica para el estudio de reacciones redox
1.6. Ley de Nerst y su relación con el equilibrio químico
1.7. Electrodo normal de hidrógeno y potencial de referencia
1.8. Potencial redox estándar, E°
1.9. Escala de potenciales redox y su uso
2. Relaciones en E°, K y ΔG°
2.1. Cálculo de constante de equilibrio, energía libre a partir del potencial redox
2.2. Tendencia de la reacción redox o espontaneidad de la reacción
2.3. Efecto de la concentración en el potencial de semireacción y potencial de celda
2.4. Relación entre pE°, energía libre y pH
2.5. Reacciones en términos de equivalentes de electrones
2.6. Valores de e y pE en sistemas de aguas naturales
2.7. Diagramas de pE – pH, su construcción y su uso en sistemas ambientales
3. Estudios de caso.
3.1. Corrosión y su impacto en el ambiente
3.2. Relación entre E°, K, ΔG, y pH en sistemas biológicos
3.3. Reacciones redox en sedimento 3.4. Oxidación electroquímica de contaminantes orgánicos
UNIDAD 4. flujos de energía en sistemas biológicos
1. Generación y captura de energía en la célula
1.1. Cadenas transportadoras de electrones
1.2. Moléculas energéticas (ATP, NADH y NADPH)
1.3. Fosforilación oxidativa
2. Metabolismo celular y diversidad metabólica
2.1. Glucólisis
2.2. Ciclo de Krebs
2.3. Fotosíntesis: Fase clara y Ciclo de Calvin
2.4. Diversidad metabólica
3. Estudios de caso
3.1. Lectura relacionada con las cadenas de transporte y la importancia de la bioenergética
3.2. Video: la ATPasa en acción
UNIDAD 5. Balances globales de materia y energía
1. Intercambio de materia y energía
1.1. Circulación de carbono en la tierra impulsado por funciones ecosistémicas microbianas
1.2. Circulación de nitrógeno en la tierra impulsado por funciones ecosistémicas microbianas
1.3. Circulación del fósforo y azufre impulsado por las funciones ecosistémicas bacterianas
2. Estudios de caso: Ciclos biogeoquímicos y resiliencia bacteriana
UNIDAD 6. Remediación ambiental
1. Procesos fisicoquímicos
1.1. Precipitación: Definición de precipitación / Diagrama de precipitación / Importancia de los diagramas de especiación / Ejemplos de precipitación en ingeniería ambiental, biotecnología y ecología
1.2. Coagulación: Definición de coagulación / Estabilización y desestabilización de partículas / Fuerzas electrostáticas en el proceso de coagulación / Ejemplos de coagulación en la purificación de efluentes acuosos
1.3. Sorción: Definición de adsorción y absorción / Equilibrio químico en el proceso de sorción / Ejemplos de materiales adsorbentes / Ejemplo de aplicaciones en fase gaseosa y líquida
1.4. Partición: Definición del coeficiente de reparto para una sustancia neutra y para una sustancia ionizada / Aplicación del coeficiente de reparto para determinar la movilidad de un fitosanitario en suelo / Ejemplos de ecuaciones empíricas que relacionan el coeficiente de reparto con otros parámetros que caracterizan al fitosanitario / Ejemplos de sustancias orgánicas ionizables consideradas contaminantes emergentes y sus valores de coeficiente de reparto
1.5. Volatilización: Definición del proceso de volatilización / Ley de la constante de Henry / Factores que afectan la volatilidad de un fitosanitario / Ejemplos de casos de estudios de la partición y la volatilización
1.6. Oxidación avanzada: Definición y lista de procesos avanzados de oxidación como alternativas para la degradación de compuestos orgánicos persistentes considerados contaminantes emergentes / Ejemplos de mecanismos de generación del radical OH / Ejemplos de mecanismos de acción oxidativa del radical OH sobre compuestos orgánicos considerados residuos peligrosos
2. Procesos biológicos
2.1. Procesos anaerobios: Microbiología y metabolismo anaerobio / Estequiometria y energética / Biodegradabilidad anaerobia, inhibición y toxicidad / Algunas configuraciones básicas de procesos anaerobios
2.2. Procesos aerobios: Fundamentos, microbiología y metabolismo aerobio / Estequiometria y energética / Biodegradabilidad aerobia / Procesos convencionales aerobios / Sistemas híbridos: aerobios/anaerobios, anaerobios/anóxicos/aerobios
3. Remediación ambiental (4 sesiones)
3.1. Agua: Tipos y fuentes de contaminantes en agua / Efectos en la salud y el medio ambiente / Legislación en materia de contaminantes en el agua / Tecnologías de tratamiento para la remoción de contaminantes en el agua
3.2. Suelos: Tipos y fuentes de contaminantes en el suelo / Efectos en la salud y el medio ambiente / Legislación en materia de contaminantes en el suelo / Tecnologías de tratamiento para la remoción de contaminantes en el suelo
3.3. Aire: Contaminantes del aire / Legislación en materia de emisiones / Efectos en la salud y en el medio ambiente / Tecnologías de tratamiento de emisiones
3.4. Estudios de caso