Equilibrio Químico - Facultad de Química UNAM

EQUILIBRIO QUÍMICO 1517
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA GENERAL Y FISICOQUÍMICA
UBICACIÓN SEMESTRE
5o.
TIPO DE ASIGNATURA TEÓRICO-PRÁCTICA
NÚMERO DE HORAS/SEMANA Teoría 4
Práctica 2
CRÉDITOS 10
INTRODUCCIÓN.
En esta materia teórico-práctica se desarrollan los conceptos básicos para el análisis y cálculo del
equilibrio químico. Se persigue que el alumno tenga una visión completa del equilibrio químico,
se incluyen temas sobre equilibrio en sistema de varias reacciones y/o con la presencia de varias
fases. Se utilizarán los métodos de cálculo de fugacidades del curso de equilibrio físico. Se
pretende que el alumno integre estos conocimientos para la resolución de problemas que
combinen el equilibrio químico y físico con los balances de materia y energía. Se tratan también
las aplicaciones al análisis de procesos industriales. El aprendizaje de los conceptos antes citados
y su aplicación se apoyar\5s \1en la experimentación realizada en el laboratorio.
Objetivos generales del curso:
Al finalizar el curso, los alumnos:
Plantearán las ecuaciones necesarias para resolver cualquier problema de equilibrio y
especificarán las incógnitas.
Clausurarán la constante de equilibrio y el calor de reacción a partir de la información
termoquímica.
Calcularán entropías absolutas utilizando información calorítmica.
Calcularán las condiciones de equilibrio en cualquier sistema reaccionante, incluyendo
varias reacciones y varias fases.
Calcularán el equilibrio químico en sistemas que contengan substancias ionizadas.
Resolverán problemas que combinen el equilibrio químico y físico con los balances de
materia y energía.
Analizarán el efecto de la temperatura, presión, relación de reactivos, presencia de
inertes, etc., sobre la composición del sistema en equilibrio y establecerán las condiciones
óptimas, desde el punto de vista termodinámico, para llevar a cabo la reacción en estudio.
Combinarán el equilibrio químico con balances de materia y energía (reacciones
adiabáticas).
Efectuarán el análisis termodinámico de procesos industriales integrando los
conocimientos de todos los cursos de termodinámica anteriores.
Aplicarán y analizarán los conceptos estudiados a experimentaciones realizadas en el
laboratorio.
UNIDAD 1.- G E N E R A L I D A D E S S O B R E E Q U I L I B R I O
5 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Plantearán las ecuaciones que describen el comportamiento de los sistemas en equilibrio
con la presencia de varias reacciones y varias fases.
Identificarán variables dependientes y las independientes en varios problemas de
equilibrio.
CONTENIDO.
Objetivo general del curso y su ubicación dentro del campo de la ingeniería química. Criterio de
equilibrio en sistemas reaccionantes. Ecuación industrial del equilibrio químico. Balances de
materia en sistemas reaccionantes. Coordenada de reacción. Regla de las fases y análisis de
grado de libertad en sistemas reaccionanates. Formulación del problema general de equilibrio en
sistemas reaccionantes con la presencia de varias reacciones y varias fases.
UNIDAD 2.- TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
6 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Calcularán entalpías y energías de Gibbs de formación a partir de datos calorimétricos,
utilizando la 3a. Ley de la Termodinámica.
CONTENIDO.
Cálculo de entropías a partir del cero absoluto. Evidencia experimental de la Tercera Ley de la
Termodinámica. Implicaciones moleculares. Entalpías y energías de Gibbs de formación.
Información tabular. Descripción de los experimentos calorimétricos.
UNIDAD 3.- C O N S T A N T E D E E Q U I L I B R I O
7 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Calcularán la constante de equilibrio y el calor de reacción utilizando la información
termodinámica tabular y determinarán el efecto de la temperatura sobre dichos cálculos, para
cualquier reacción química inluyendo soluciones de electrolitos y diferentes estados de
referencia.
CONTENIDO.
Cálculo de la constante de equilibrio y calor estándar de reacción utilizando información
termoquímica. Efecto de la temperatura en la constante de equilibrio y el calor de reacción.
Utilización y generación de gráfica Lnk vs I/T.
UNIDAD 4.- EQUILIBRIO QUÍMICO EN SISTEMAS GASEOSOS
8 h.
Objetivos.
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Calcularán las condiciones de equilibrio en sistemas gaseosos ideales y reales.
Analizarán el efecto de las variables sobre la composición del equilibrio y lo aplicarán a
reacciones de interés industrial.
Calcularán reacciones adiabáticas.
CONTENIDO.
Equilibrio químico en sistemas gaseosos ideales y reales. Efecto de la presión, relación de
reactivos e inerte en la composición del equilibrio. Utilización de ecuaciones de estado para
gases reales. Sistemas de varias reacciones. Reacciones adiabáticas. Implementación de métodos
de cálculo en la computadora. Análisis de reacciones de interés industrial.
UNIDAD 5.- E Q U I L I B R I O E N S O L U C I O N E S
5 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Calcularán las condiciones de equilibrio en sistemas líquidas ideales y reales.
Analizarán el efecto de las variables y lo aplicarán a reacciones de interés industrial.
CONTENIDO.
Equilibrio en soluciones líquidas ideales y reales. Efecto de las variables. Utilización de
coeficientes de actividad. Sistemas de varias reacciones. Reacciones adiabáticas. Análisis de
reacciones de interés industrial.
UNIDAD 6.- EQUILIBRIO EN SOLUCIONES DE ELECTROLITOS
5 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Resolverán problemas de equilibrio en soluciones de electrolitos.
Analizarán el efecto de las variables y lo aplicarán a sistemas de interés industrial.
CONTENIDO.
Equilibrio en soluciones de electrolitos, efecto de las variables. Utilización de coeficientes de
actividad. Sistemas de varias reacciones. Aplicaciones de interés industrial.
UNIDAD 7.- EQUILIBRIO CON FORMACIÓN DE FASES CONDENSADAS.
8 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Resolverán problemas de equilibrio en fase gaseosa cuando se forman fases condensadas
puras.
Analizarán el efecto de la fase condensada y lo aplicarán a reacciones de interés
industrial.
CONTENIDO.
Equilibrio químico en sistemas gaseosos con la presencia de fases sólidas ó líquidas puras.
Efecto de las fases condensadas en el equilibrio. Sistemas de varias reacciones. Reacciones
adiabáticas. Aplicaciones de interés industrial.
UNIDAD 8.- EQUILIBRIO EN SISTEMAS MULTIFASE.
4 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Resolverán problemas de equilibrio en sistemas reaccionantes multifase.
CONTENIDO.
Problema general de equilibrio. Minimización de la energía de Gibbs. Balance de materia y
energía. Aplicaciones de interés industrial.
UNIDAD 9.- ANÁLISIS TERMODINÁMICO DE PROCESOS INDUSTRIALES.
12 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Analizarán un proceso industrial utilizando toda la información termodinámica
desarrollada en los cuatro cursos.
CONTENIDO.
Análisis termodinámico de procesos industriales.
BIBLIOGRAFÍA
Balzhiser, R.E. M.G. Samuels & J.E. Eliassen. TERMODINÁMICA QUÍMICA PARA
INGENIEROS. Ed. Prentice Hall International, (1974).
Bett., K.E. j.s. Rowlson & G. Seville. TERMODYNAMICS FOR CHEMICAL ENGINERRS.
The MIT Press, Cambridge Massachusetts, (1975).
Smith, J.M. & H.C. Van Ness. INTRODUCCIÓN A LA TERMODINÁMICA EN
INGENIERÍA
QUÍMICA. Mc. Graw Hill. Traducción de la 3a. Ed. en inglés. (1980).
METODOLOGÍA DE LA ENSEÑANZA.
Se emplean principalmente las técnicas de exposición con preguntas, resolución de problemas y
discusión en grupos pequeños. Es fundamental que el alumno resuelva muchos problemas para
lograr la asimilación de los conocimientos expuestos, por lo cuál se debe contar con personal de
apoyo para guiar las discusiones en grupos pequeños y el trabajo en la computadora.
EVALUACIÓN.
Este curso se imparte en 60 horas (4 horas por semana) quedando tiempo para efectuar 4
exámenes que cubrirán:
Examen 1: Unidad 1,3; Examen 2: Unidades 4,6; Examen 3: Unidades 7,9; Examen 4:
(Ordinario) Unidad 1,9.
La calificación de teoría se dará en base a los exámenes, tareas, trabajos en computadora y
participación en los grupos de discusión. Representa el 70% de la calificación de curso,
correspondiendo el resto a la calificación del laboratorio. La calificación del laboratorio se dará
en base a la participación, reportes y respuestas a los cuestionarios de las prácticas. Se deberá
cubrir el 80 % de las prácticas como mínimo.
REQUISITOS PARA LLEVAR EL CURSO.
Equilibrio Físico.