fisicoquímica - UTN

FI S I COQUÍ MI CA
Dr . CAR L OS GI ÚDI CE – Pr ofesor T itular
Avda 60 es q124 – T el / Fax (0221) 421 – 7578 / 482 - 4855
CAR R E R A
Ingenierìa Quìmica
DI S EÑO CURRI CULAR: 1995
ORDENANZ A C.S UP` . Nº 768
DE PART AMENT O: I ngenier ía Química
APROB ACI ÓN C A RES
De la CURRI CULA
ANUAL
SI
AS I GN AT U R A
F I S I COQU Í MI CA
P R OGR AMA S I N T É T I CO
F uer zas inter molecular es . S is temas
multicomponentes y equilibr io de
fas es . Mezclas y s oluciones , funciones
par ciales molar es . T er modinámica de
las r eacciones químicas y equilibr io
químico. Cinética química homogénea.
Electr oquímica. Fenómenos de
s uper ficie
SI
NI VEL...........T er cer Año
T OT AL DE HORAS ..........128 (mínimo)
HORAS .S EMANALE S ..........4 (mínimo)
OB S E R VACI ON E S
l
OB JE T I VOS DE LA AS I GNAT URA
Comprender y aplicar la termodinámica de multicomponentes , la
termodinámica química y los fenómenos fisicoquímicos. Proyectarlos hacia su
aplicación industrial.
VI GENCI A des de 1995
E QU I P O D OCE N T E
DI RECT OR DE CÁT EDRA: Pr ofes or T itular Or dinar io (DS ) Dr . C.A.
Giúdice
NÚMERO DE DI VI S I ONES : 1 (una)
PROF ES OR A CARGO : J.T .P. (DS ) Dr . J.C. B enítez
Ayudante alumno (ad honorem): Sr. Adrián Fasio
AR T I CU L ACI ÓN CON OT R AS AS I GN AT U R AS
AS I GNAT URAS O CONOCI MI ENT OS CON QUE S E VI NCULA
Hor izontal: T er modinámica
Ver tical (anter ior ): Química Gener al, Química I nor gánica, Química
Or gánica, I ntegr ación I y I I
Ver tical (pos ter ior ): I ntegr ación I I I y I V, Oper aciones Unitar ias I y
I I , T ecnología de la ener gía tér mica, I ngenier ía de los Mater iales .
CORRELAT I VAS PARA CURS AR
CURS ADAS : 9. Química I nor gánica; 10. Anális is Matemático I I , 11.
F ís ica I I
APROB ADAS : 4. Anális is Matemático I ; 6. Química Gener al
CORRELAT I VAS PARA RENDI R EXAMEN FI NAL
APROB ADAS 9. Química I nor gánica; 14. T er modinámica, 10 Anális is
Matemático I I , 11 Fís ica I I
P R OGR AMA AN AL Í T I CO
B I B L I OGR AF Í A GE N E R AL
OB LI GAT ORI A
- Atkins C. – Química física, Ed. Addison Wesley, 3ra.ed., Méjico,1999.
- Glasstone S., Lewis D. – Elementos de Química Física- Ediciones El Ateneo,
5ta reimpresión, Bs.As., Argentina, 1984.
- Levine I. – Fisicoquímica, Ed. Mc Graw-Hill, tomos I y II, Mejico, 1991.
COMPLEMENT ARI A
- Castellan G. – Fisicoquímica, Ed. Addison Wesley, 2da ed., Méjico, 1987.
- Barrow G. M. – Química física, Editorial Reverté, 3ra ed., Barcelona, España,
1978.
- Criado-Sancho M., Casas-Vazquez J. – Termodinámica Química de los
Procesos Irreversibles, Ed. Addison-Wesley. Madrid, España, 1997
- Palmer W. G. – Química Física Experimental. Ed. EUDEBA, Bs As. 1966.
- Upadhyaya, G.S., Dube, K.K. – Problemas de termodinámica y cinética en
metalurgia. Ed. Géminis, Buenos Aires, 1978.
- Rotstein E., Fornari, R.E. – Termodinámica de procesos industriales. Ed.
Edigem. , Buenos Aires, 1984.
D E S AR R OL L O
UNIDAD TEMÁTICA:
1. Introducción a la fisicoquímica. Naturaleza de los problemas. Método
científico. Hipótesis y teoría. Relación de la fisicoquímica con otras ciencias.
Tiempo asignado: 5 horas
Objetivos de la UT: Presentación de la materia. Discusión de su importancia.
Vinculación horizontal y vertical de la materia. Establecer una distinción entre
los terminos hipótesis y teoría. Aplicación del método científico.
Materiales Curriculares: Tiza y pizarrón.
2. Propiedades de los gases. Leyes de los gases. Teoría cinética. Capacidad
calorífica. Gases reales. Densidad de los gases. y pesos moleculares.
Tiempo asignado: 8 horas
Objetivos de la UT: Establecer la ley de Boyle, la ley de Charles o Gay
Lussac, la hipótesis de Avogadro y la ley general de los gases. Obtención de
la constante de los gases. Análisis del comportamiento no ideal de los gases.
Definir camino libre medio y diámetro de choque. Medición de la densidad de
los gases y determinación de los pesos moleculares. Determinar la capacidad
calorífica de moléculas poliatómicas.
Materiales Curriculares: Tiza y pizarrón.
3. Termodinámica y termoquímica. Primera ley de la termodinámica. Leyes de la
termoquímica. Efecto de la temperatura sobre el calor de reacción: ecuación
de Kirchhoff.
Tiempo asignado: 16 horas
Objetivos de la UT: Establecer la primera ley de la Termodinámica. Cuantificar
cantidades termodinámicas. Definir energía interna, trabajo y variaciones
calóricas. Definir calor de reacción y combustión. Analizar las ecuaciones de
Lavoisier-Laplace. Análisis de procesos reversibles: trabajo máximo en la
expansión isotérmica de un gas y en cambios de fase. Interpretar la ecuación
de Kirchhoof para la evaluación del efecto de la temperatura sobre el calor de
reacción.
Materiales Curriculares: Tiza y pizarrón.
4. Segunda ley de la termodinámica. Entropía. Funciones energía libre y trabajo
máximo. Fases en equilibrio: ecuación de Clausius Clapeyron. Ecuación de
Gibbs-Helmholtz.
Tiempo asignado: 8 horas
Objetivos de la UT: Establecer la Segunda Ley de la Termodinámica. Definir el
cambio de entropía para un sistema de referencia. Establecer y justificar la
desigualdad de Claussius, y demostrar que los cambios espontáneos van
acompañados de un aumento de entropía. Establecer y utilizar una expresión
para la entropía de una transición de fase. Especificar el ciclo de Carnot.
Calcular el cambio de entropía en un proceso irreversible. Establecer la
ecuación de Claussius-Clapeyron. Definir la función de Helmholtz y la función
de Gibbs.
Materiales Curriculares: Tiza y pizarrón.
5. Licuación y propiedades de los líquidos. Licuación de gases. Presión de vapor
y vaporización. Propiedades físicas de los líquidos, fenómenos de superficie:
tensión superficial, interfacial y viscosidad.
Tiempo asignado: 13 horas
Objetivos de la UT: Definir y explicar el significado de presión de vapor.
Determinar las constantes críticas. Establecer la ecuación de van der Waals.
Definir la ley de los estados correspondientes y los factores de
compresibilidad. Definir tensión superficial e interfacial, relacionar cambios en
la función de Helmholtz con cambios en el área superficial. Realizar estudios
reológicos
Materiales Curriculares: Tiza y pizarrón.
6. Soluciones diluidas. Descenso de la presión de vapor. Elevación del punto de
ebullición. Descenso del punto de congelación. Osmosis y presión osmótica.
Soluciones ideales y no ideales.
Tiempo asignado: 8 horas
Objetivos de la UT: Establecer la ley de Raoult para la presión parcial de
vapor de un componente de una mezcla. Establecer la ley de Henry para la
presión parcial de un soluto y utilizarla para deducir las solubilidades de
gases. Deducir expresiones para el aumento de presión de vapor y el
descenso del punto de congelación de una disolución ideal. Explicar los
fundamentos de la ebulloscopía y crioscopía. Explicar el término propiedades
coligativas y dar ejemplos de ellas. Definir presión osmótica, deducir la
ecuación de van’t Hoof y explicar los fundamentos de la osmometría. Escribir
y justificar una expresión para el potencial químico de un soluto, definir su
actividad y su coeficiente de actividad, y explicar cómo se puede medir. Definir
los estados standard para los componentes de disoluciones ideales y reales.
Materiales Curriculares: Tiza y pizarrón.
7. Energía libre y equilibrio químico. Constantes de equilibrio. Equilibrios
homogéneos en sistemas gaseosos y en sistemas líquidos. Equilibrios
químicos heterogéneos. Temperatura y equilibrio. Variaciones de energía
libre. Entropía y energía libre.
Tiempo asignado: 12 horas
Objetivos de la UT: Deducir la condición de equilibrio químico a partir de la
función de Gibbs. Definir la constante de equilibrio de una reacción.
Establecer el principio de Le Chatelier y justificarlo para cambios de presión y
temperatura. Deducir y utilizar la isocora de Van’t Hoof para analizar la
dependencia de la constante de equilibrio de la temperatura. Establecer la
tercera ley de la Termodinámica. Determinar la entropía por mediciones de
temperatura.
Materiales Curriculares: Tiza y pizarrón.
8. Equilibrio de fases. Regla de las fases. Soluciones de gases en líquidos.
Mezclas de dos líquidos. Sistemas gas-sólido. Sistemas sólido-líquido.
Sistemas de tres componentes. Multicomponentes
Tiempo asignado: 18 horas
Objetivos de la UT: Establecer y deducir la regla de las fases. Aplicar la regla
de las fases a sistemas de un componente. Interpretar diagramas de fases
líquido-líquido. Describir la destilación de líquidos parcialmente miscibles en
función de diagramas de fases. Interpretar los diagramas de fases líquidosólido y explicar el término eutéctico, fases condensadas. Interpretar los
diagramas de tres componentes para líquidos parcialmente miscibles y para
disoluciones de dos sales.
Materiales Curriculares: Tiza y pizarrón. Transparencias y/o diapositivas y/o
textos y figuras archivadas en disketes
9. Conductancia de electrolitos. Leyes de la electrólisis. Migración de iones:
número de transporte. Conductancia equivalente. Teoría de la atracción
interiónica. Ecuación de Onsager. Grado de disociación. Conductancia
independiente de los iones. Movilidad iónica.
Tiempo asignado: 11 horas
Objetivos de la UT: Interpretar las leyes de Faraday. Analizar el fenómeno de
la migración de iones y cuantificarlo.Explicar la teoría de la atracción
interiónica. Medición de la conductancia en electrolitos. Explicar la ecuación
de Onsager. Analizar casos de disociación incompleta. Interpretar el
significado del grado de disociación. Determinación de la conductancia
independiente de los iones.
Materiales Curriculares: Tiza y pizarrón.
10.Fuerza electromotriz. Elementos galvánicos. Variación de energía libre en
pilas. Potencial de electrodos reversibles. Pilas de concentración. Descarga
de iones. Curvas de polarización. Sobretensión.
Tiempo asignado: 13 horas
Objetivos de la UT: Explicar los términos pila galvánica y pila electrolítica, y
definir cátodo y ánodo. Escribir una expresión para el potencial electroquímico
de un ion. Deducir y utilizar una expresión para la diferencia de potencial en
un electrodo redox. Describir la formación de un potencial de unión líquida.
Deducir y utilizar una expresión para las diferencias de potencial a través de
una membrana. Definir la FEM de una pila y explicar la forma de medirla.
Definir el término FEM standard de una pila y relacionarla con la constante de
equilibrio de la reacción. Utilizar la serie electroquímica. Celdas electrolíticas:
sobrepotenciales
Materiales Curriculares: Tiza y pizarrón. Transparencias y/o diapositivas y/o
textos y figuras archivadas en disketes
11.Equilibrio en electrolitos. Constantes de equilibrio de ionización. Coeficientes
de actividad media de los electrolitos fuertes. Fuerza iónica. Teoría de DebyeHückel y ley límite. Solubilidad y coeficiente de actividad.
Tiempo asignado: 8 horas
Objetivos de la UT: Definir la actividad, el coeficiente de actividad y el
coeficiente de actividad medio de iones en solución. Describir el fundamento
físico de la teoría de Debye-Huckel para disoluciones iónicas. ; explicar la
formación y la función de la atmósfera iónica en la determinación de los
coeficientes de actividad. Expresión de Debye en función de la fuerza iónica
de una disolución y explicación de sus propiedades
Materiales Curriculares: Tiza y pizarrón
RESUMEN
Teoría y Seminarios: 120 horas
Trabajos prácticos de Laboratorio: 9 horas
Consultas y Trabajo Especial: 19 horas
Evaluación de Parciales: 12 horas
Tiempo total asignado: 160 horas
N ot a: S e di ct an 5 h or as s em an al es du r an t e 3 2 s em an as
P L AN I F I CACI ÓN D E CÁT E D R A
CR ON OGR AMA
U N I D AD Y / O T E MA
Introducción a la fisicoquímica
Propiedades de los gases
Teoría cinética
Gases reales
1ª Ley de la Termodinámica
1ª Ley de la termodinámica
Termoquímica
Termoquímica I y II
2ª Ley de la Termodinámica
2ª Ley de la Termodinámica
Unidades 1 a 4, y Trabajo Especial
Licuación de los gases
Propiedades de los líquidos
Licuación de los gases y propiedades
de los líquidos
Soluciones diluidas
Soluciones diluidas
Energía libre y equilibrio químico
Energía libre y equilibrio químico
Unidades 5-7 y Trabajo Especial
ACT I VI D AD E S
T I E MP O
Teoría y Seminario I.
Teoría y Seminario II.
Teoría
Teoría
Teoría
Seminario III
Teoría
Seminarios IV y V
Teoría
Seminario VI.
Consulta
Teoría
Teoría
Seminario VII.
5 horas
5 horas
1 hora
2 horas
3 horas
3 horas
5 horas
5 horas
5 horas
3 horas
2 horas
5 horas
5 horas
3 horas
Teoría
Seminario VIII
Teoría
Seminarios IX y X
Consulta
5 horas
3 horas
7 horas
5 horas
2 horas
Unidades 1 a 7
Equilibrio de fases
Equilibrio de fases
Tensión superficial
Conductancia de los electrolitos
Conductancia de los electrolitos
Unidades 8 – 9 y Trabajo Especial
Fuerza electromotriz
Fuerza electromotriz
Viscosimetría
Unidad 10 y Trabajo Especial
Equilibrio en electrolitos
Equilibrio en electrolitos
Teoría de la combustión
Unidad 11 y Trabajo Especial
Comisiones 1 a 3, Trabajo Especial
Comisión 1. Pila seca recargable
Comisión 2. Licuación de un gas
Comisión 3. Pila de agua
Unidades 8 a 11
TOTAL
Primera evaluación parcial
1ª Recuperación
Teoría
Seminarios XI y XII
Práctica de Laboratorio I
Teoría
Seminario XIII
Consulta
Teoría
Seminario XIV
Práctica de laboratorio 2
Consulta
Teoría
Seminario XV
Práctica de Laboratorio 3
Consulta
Presentación de manuscritos
Presentación oral
6 horas
Segunda evaluación parcial
1ª Recuperación
6 horas
13 horas
5 horas
3 horas
8 horas
3 horas
2 horas
10 horas
3 horas
3 horas
2 horas
5 horas
3 horas
3 horas
3 horas
2 horas
6 horas
160 horas
P L AN I F I CACI ÓN D E CÁT E D R A
ME T OD OL OGÍ A D I D ÁCT I CA
Clases dictadas por el personal de la cátedra con participación activa
de los alumnos, particularmente en la resolución de los seminarios. Se
realizan trabajos de investigación en comisiones;. cada año los docentes de
la Cátedra, seleccionan los items básicos de investigación. Los grupos
conformados por 4 o 5 alumnos eligen el tema de su preferencia entre ellos,
realizan una búsqueda bibliográfica y por INTERNET, y redactan un
manuscrito. Se asignan días de consulta, en el horario de la cátedra, para
responder las inquietudes, auscultar y guiar la marcha de los trabajos (ver
cronograma).
E VAL U ACI ÓN
- Dos exámenes parciales y sus respectivos recuperatorios, en el
horario de la Cátedra, que deben ser aprobados durante el ciclo lectivo.
Calendario
Primer parcial: Primera fecha,
08
Primer recuperatorio,
08
Segundo recuperatorio,
09
Seminarios
Teoría
3° martes-07
2° martes-08
2° martes4° martes-
4° martes-08
1° martes-
Segundo parcial: Primera fecha,
12
Primer recuperatorio,
02
Segundo recuperatorio,
02
-
4° martes-11
1° martes-
2° martes-12
3° jueves-
4° jueves-02
4° jueves-
NOTA: En forma previa a cada evaluación, los alumnos deben entregar para
su aprobación la carpeta completa de seminarios.
Trabajo de investigación en comisiones, presentación oral y en forma de
manuscritos. Calificación individual y por grupos. (ver recursos auxiliares
necesarios).
R E CU R S OS AU XI L I AR E S N E CE S AR I OS
- Insumos para prácticas en Laboratorio de Fisicoquímica (CIDEPINT, CICCONICET), laboratorio externo por convenio.
- Biblioteca
- Proyector de transparencias
- Cañon y PC portátil para la proyección de imágenes por computación
- Pantalla para la proyección de transparencias
- Proyector de diapositivas
- Página WEB de la Cátedra Fisicoquímica, Departamento de Ingeniería
Química, UTN Facultad Regional La Plata, www: // frlp.utn.edu.ar
PLANIFICACIÓN DE CÁTEDRA
FORMACIÓN PRÁCTICA
HORAS DE FORMACIÓN EXPERIMENTAL: Laboratorio
9 h.
HORAS DE RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE INGENIERÍA: Seminarios
30 h.
HORAS DE PROYECTO Y DISEÑO: Trabajo especial no aulico: Manuscrito
HORAS DE PRÁCTICA PROFESIONAL SUPERVISADA: Consultas y Exposición oral 19
h.