UNIVERSIDAD AUTONOMA DE ZACATECAS Francisco García Salinas UNIDAD ACADÉMICA DE CIENCIAS QUÍMICAS Químico Farmacéutico Biólogo

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1 UNIVERSIDAD AUTONOMA DE ZACATECAS Francisco García Salinas UNIDAD ACADÉMICA DE CIENCIAS QUÍMICAS Químico Farmacéutico Biólogo PROGRAMA: ACADEMIA DE FISICOQUÍMICA JUNIO 2010 PROPUESTA ELABORADA POR: ACADEMIA DE FISICOQUÍMICA M. en C. Javier Reyes Barrios M. en C. Mariano Parga M. en C. Ma. Del Refugio Cuevas Flores QFB Ma. Luisa González QFB. Blanca Delia Pescador

2 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE ZACATECAS Francisco García Salinas Área de Ciencias de la Salud Unidad Académica de Ciencias Químicas PROGRAMA DE LA ASIGNATURA Fisicoquímica I (Termodinámica) PRESENTACIÓN DEL PROGRAMA La termodinámica estudia las relaciones entre las diferentes formas de energía y las leyes que rigen su interconversión. Se basa en tres postulados que se llaman leyes de la termodinámica. Estas leyes constituyen una de las más poderosas herramientas que hay en la ciencia y tienen aplicaciones múltiples en química, física e ingeniería. La termodinámica biológica proporciona una introducción al estudio de la transformación de la energía en las ciencias biológicas. Aún y cuando son leyes generales, el curso toma ejemplos aplicados a estas ciencias. Ubicación: Tercer Semestre Precedente: Horizontales: Consecuentes: Fisicoquímica II (Equilibrio Químico y Cinética) OBJETIVO DEL PROGRAMA. Se plantearán los principios, fundamentos y leyes de Termodinámica para el estudio de los cambios, direcciones y equilibrios que se presentan en los sistemas químicos y físicos, involucrando fases en equilibrio de una sustancia pura o de una mezcla y, atendiendo a los sistemas ideales y su posterior extensión a los sistemas reales. OBJETIVOS PARTICULARES 1. PRINCIPIOS BASICOS DE TERMODINÁMICA. Repaso de unidades, funciones y ecuaciones básicas. Definición, campo de estudio y ramas de la Fisicoquímica. Academia de Fisicoquímica Página 2

3 Termodinámica: Campo de estudio, definición. conceptos, definición de Calor, definición de Trabajo. 2. CINÉTICA DE GASES. Gases ideales: La presión y la ley de Boyle. Concepto de temperatura. Ley de Gay-Lussac (ley Charles), la ecuación de estado de gas ideal. Constante R y concepto de mol. Presión de un gas derivado de la teoría cinética, energía cinética y temperatura, ley de Dalton de presiones parciales, ley de efusión de Graham, colisiones moleculares. Gases reales. Ecuación de van der Walls, ley de estados correspondientes, otras ecuaciones de estado, la ecuación virial. Laboratorio de Fisicoquímica I (Termodinámica) 3. PRIMERA LEY DE TERMODINÁMICA. Estados y funciones de estado, estados de equilibrio y reversibilidad. Energía, calor y trabajo: procesos a volumen constante, procesos a presión constante, entalpía, capacidad calorífica. Termoquímica. Cálculo de cambios de entalpía, relación H y U, dependencia de H de T. 4. SEGUNDA Y TERCERA LEY. La escala de temperatura Termodinámica, la entropía, segunda ley, cálculo de los cambios de entropía, la tercera ley de la termodinámica.condiciones para el equilibrio. Temperatura y presión constante: la energía de Gibas, temperatura y volumen constante: la energía de Helmholtz, energías de Gibbs de formación, ecuación de Gibbs-Helmholtz. Academia de Fisicoquímica Página 3

4 NOMBRE DE LAS PRÁCTICAS Laboratorio de Fisicoquímica I (Termodinámica) PRÁCTICA 1: Medidas de Seguridad en el Laboratorio. PRÁCTICA 2: Medición de Propiedades Fisicoquímicas PRÁCTICA 3: Leyes de los Gases Ideales PRÁCTICA 4: Energía de Reacción PRÁCTICA 5: Entalpia de Neutralización PRÁCTICA 6: Leyes de la Termodinámica PRÁCTICA 7: Entalpía de Formación de Sales de Amonio PRÁCTICA 8: Calor Diferencial de Disolución PRÁCTICA 9: Proyecto Academia de Fisicoquímica Página 4

5 RECOMENDACIONES DE LAS ACTIVIDADES Laboratorio de Fisicoquímica I (Termodinámica) Docentes: MA. DEL REFUGIO CUEVAS FLORES, MARIANO Objetivo: Conocer el programa del laboratorio, las políticas de evaluación y la organización general del curso. Número Total de Sesiones: 12 Sesión Actual: 1 /12 Fecha: Práctica No. 1:.PROGRAMA Y POLÍTICAS DEL CURSO Programa y Políticas del Curso 3 horas 1. Presentación de los Docentes Programa 2. Entrega del Programa y Manual del Manual de Laboratorio Laboratorio. 3. Explicación de los criterios de evaluación. Reglamentos Bibliografía recomendada 4. Explicación de llenado y contenido de la bitácora y elaboración de reportes de las prácticas del laboratorio. 5. Distribución de temas de medidas de seguridad para exponer en la próxima sesión. Academia de Fisicoquímica Página 5

6 RECOMENDACIONES DE LAS ACTIVIDADES Docente: MA. DEL REFUGIO CUEVAS FLORES, MARIANO Objetivo: Conocer y aplicar las medidas de seguridad básicas en el laboratorio de Fisicoquímica. Número Total de Sesiones: 12 Sesión Actual: 2 /12 Fecha: Práctica No. 2:.MEDIDAS DE SEGURIDAD EN EL LABORATORIO Medidas de Seguridad 3 horas 6. Localizar el lugar para guardar mochilas y otras cosas personales. 7. Organizar equipos de 4 personas para trabajar en esta sesión. 8. Realizar un plano, del laboratorio de Fisicoquímica. 9. Preparar soluciones. 1 M de cloruro de sodio considerando: 10. Manejo correcto de la balanza analítica. 11. Disposición de reactivos de acuerdo a lo establecido en la normatividad vigente. Manual de Laboratorio Material de Cristalería Balanza Analítica Reactivos Químicos Academia de Fisicoquímica Página 6

7 RECOMENDACIONES DE LAS ACTIVIDADES Laboratorio de Fisicoquímica I (Termodinámica) Docente: MA. DEL REFUGIO CUEVAS FLORES, MARIANO Número Total de Sesiones: 12 Objetivo: Medir experimentalmente algunas propiedades fisicoquímicas (densidad, viscosidad, tensión superficial y conductividad) y determinar los errores experimentales involucrados en dichas determinaciones. Sesión Actual: 3 /12 Fecha: Práctica No. 3: MEDICIÓN DE PROPIEDADES FISICOQUÌMICAS Medición de Densidad utilizando un método relativo. Determinación de la viscosidad mediante el viscosímetro de Ostwald. Determinación de la Tensión Superficial con el Estalagnómetro. Determinación del Conductividad mediante un conductímetro. 3 horas 1. Manejo correcto de la balanza analítica, el Manual de Laboratorio picnómetro el viscosímetro de Ostwald, el Material de Cristalería Estalagnómetro y e Conductímetro para Balanza Analítica determinar tales propiedades Viscosímetro fisicoquímicas. Estalagnómetro Conductímetro Picnómetro Reactivos Químicos Mecanism Medidas d Salud ocu Disposició Academia de Fisicoquímica Página 7

8 RECOMENDACIONES DE LAS ACTIVIDADES Docente: MA. DEL REFUGIO CUEVAS FLORES, MARIANO Número Total de Sesiones: 12 Objetivo: En base a los resultados obtenidos, el alumno describirá como dependen las propiedades de un gas de las condiciones en que se encuentre. Deducirá la relación matemática entre el volumen, la presión y la temperatura, respectivamente. Sesión Actual: 4 /12 Fecha: Práctica No. 4: LEYES DE LOS GASES IDEALES Ley de Boyle Ley de Gay-Lussac o Charles 3 horas 1. Revisión bibliográfica previa. 2. Registro de datos de experimentales. 3. Reporte de resultados en una tabla y gráficamente y verificación de las Leyes de Charles y Boyle. Manual de Laboratorio Material de Cristalería Reactivos Químicos Termómetro Regla Mechero de Bunsen Academia de Fisicoquímica Página 8

9 RECOMENDACIONES DE LAS ACTIVIDADES Docente: MA. DEL REFUGIO CUEVAS FLORES, MARIANO Número Total de Sesiones: 12 Objetivo: Presentación de anteproyectos para revisión y aprobación. Revisión del avance de en bitácora y reportes de laboratorio. Sesión Actual: 5 /12 Fecha: Práctica Todos 3 horas 1. Se presentan anteproyectos para su Bibliografía recomendada aprobación. 2. Se aclaran dudas para la realización del proyecto. Proyecto.30% (de la calificación final) Mecanism Medidas d Salud ocu Disposició Academia de Fisicoquímica Página 9

10 RECOMENDACIONES DE LAS ACTIVIDADES Laboratorio de Fisicoquímica I (Termodinámica) Docente: MA. DEL REFUGIO CUEVAS FLORES, MARIANO Número Total de Sesiones: 12 Objetivo: En base a los resultados obtenidos experimentalmente, el alumno calculará la cantidad de calor transferida debido a la disolu ción de algunos compuestos químicos, y la cantidad de calor transferida en la reacción de descomposición. Sesión Actual: 6/12 Fecha: Práctica No. 5: ENERGÍA DE REACCIÓN 1. Determinación del calor de disolución de 1 mol de carbonato de sodio (Na 2 CO 3 ) 2. Calor transferido cuando se descompone un mol de peróxido de hidrogeno (H 2 O 2 ) en solución acuosa. 3 horas 1. Explicar el uso correcto del calorímetro. 2. Calibrar los termómetros. 3. Explicación de los cálculos correspondientes. 4. Recogida de datos para calcular el calor de disolución. 5. Recogida de datos para determinar el calor de descomposición. 6. Construir gráfica T vs t para determinar T. 7. Determinación de H de en ambos casos. Manual de Laboratorio Material de Cristalería Calorímetro Termómetros Reactivos Químicos Academia de Fisicoquímica Página 10

11 RECOMENDACIONES DE LAS ACTIVIDADES Docente: MA. DEL REFUGIO CUEVAS FLORES, MARIANO Número Total de Sesiones: 12 Objetivo: En base a los resultados obtenidos experimentalmente, el alumno calculará la cantida d de calor transferida al efectuarse una reacción y determinará la entalpía de neutralización. Sesión Actual: 7 /12 Fecha: Práctica No. 6: Entalpía de Neutralización. Entalpía de Neutralización Actividades de Eseñanza-Aprendizaje sugeridas 1 horas Reafirmar el uso correcto del calorímetro. Explicar la calibración de los termómetros. Explicación de los cálculos correspondientes. Determinación de la constante calorimétrica. Recogida de datos para calcular el calor de disolución. Recogida de datos para determinar el calor de neutralización. Construir gráfica T vs t para determinar T. Determinación de H de neutralización. Manual de Laboratorio Material de Cristalería Calorímetro Termómetros Reactivos Químicos. Mecanism Medidas d Salud ocu Disposició RECOMENDACIONES DE LAS ACTIVIDADES Academia de Fisicoquímica Página 11

12 Docente: MA. DEL REFUGIO CUEVAS FLORES, MARIANO Número Total de Sesiones: 12 Objetivo:. Determinar los cambios termodinámicos que ocurren al efectuar una reacción química. Determinar la relación que existe entre las propiedades termodinámicas. Sesión Actual: 8/12 Fecha: Práctica No. 7: Leyes de la Termodinámica. Leyes de la Termodinámica. 3 horas 1. Explicar el montaje del equipo para Manual de Laboratorio realizar el experimento. Material de Cristalería 2. Explicar el fundamento teórico para Reactivos Químicos determinar el calor de reacción a presión constante y el cambio de energía interna. 3. Recogida y registro de datos Academia de Fisicoquímica Página 12

13 RECOMENDACIONES DE LAS ACTIVIDADES Laboratorio de Fisicoquímica I (Termodinámica) Docente: MA. DEL REFUGIO CUEVAS FLORES, MARIANO Número Total de Sesiones: 12 Objetivo: El alumno calculará la entalpía de formación del cloruro de amonio, del nitrato de amonio y del sulf ato de amonio, a partir de datos obtenidos experimentalmente y de algunos reportados en la literatura.. Sesión Actual: 9/12 Fecha: Práctica No. 8: ENTALPÍA DE FORMACIÓN DE SALES DE AMONIO Entalpía de Formación de Sales de Amonio 3 horas 1. Explicar la determinación de la constante calorimétrica. 2. Explicar y determinar la entalpía de formación de la sal de amonio aplicando la Ley de Hess. Manual de Laboratorio Material de Cristalería Calorímetro Termómetros Reactivos Químicos Academia de Fisicoquímica Página 13

14 RECOMENDACIONES DE LAS ACTIVIDADES Docente: MA. DEL REFUGIO CUEVAS FLORES Número Total de Sesiones: 12 Objetivo: Permitir la integración y aplicación de los conocimiento adquiridos en la UDI de termodinámica. Sesión Actual: 10 /12 Fecha: Práctica No. 9: Proyecto Final Termodinámica 3 horas 1. Revisón final del proyecto que se presentará. Literatura recomendada Laboratorio de Fisicoquímica Academia de Fisicoquímica Página 14

15 RECOMENDACIONES DE LAS ACTIVIDADES Docente: MA. DEL REFUGIO CUEVAS FLORES Número Total de Sesiones: 12 Objetivo: Permitir la integración y aplicación de los conocimiento adquiridos en la UDI de termodinámica. Sesión Actual: 11 /12 Fecha: Práctica No. 9: Proyecto Final Termodinámica 3 horas 1. Los alumnos exponen su proyecto por equipos. Literatura recomendada Laboratorio de Fisicoquímica Academia de Fisicoquímica Página 15

16 RECOMENDACIONES DE LAS ACTIVIDADES Docente: MA. DEL REFUGIO CUEVAS FLORES Número Total de Sesiones: 12 Objetivo: Permitir la integración y aplicación de los conocimiento adquiridos en la UDI de termodinámica. Sesión Actual: 12 /12 Fecha: Práctica No. Termodinámica 3 horas 1. Los alumnos entregan sus bitácoras y Literatura recomendada reportes para revisión. Laboratorio de Fisicoquímica Academia de Fisicoquímica Página 16

17 Laboratorio de Fisicoquímica (Termodinámica) CRITERIOS DE EVALUACIÓN Bitácora (Prereporte y Desarrollo) 30% Reportes 40% Proyecto 30% Se evalúa cada práctica con los criterios anteriores. La realización de la práctica es obligatoria para tener derecho a ser evaluada. No reponen prácticas. Sin justificante por causas graves para reponer la práctica tendrá que presentarse en otro horario y/o día de la misma semana en que incurrió en la falta. BIBLIOGRAFÍA DE APOYO: 1. Keith J. Laidler, John H. Meiser., Fisicoquímica, 1 a ed. CECSA., 3 a reimp. México, Levine, I. N. Fisicoquímica, 4Ed. Vol. I, España, McGraw-Hill, Ernesto Ureta Barrón., FISICOQUÍMICA. El equilibrio Químico. LIMUSA. Méx., Castellan, G. W., Fisicoquímica, 2 a ed. U:S:A., addison-wesley Iberoamericana, Donald T. Haynie., Biological Thermodynamics. CAMBRIDGE. U.NIVERSITY PRESS BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA: 1. Levine, P. W., Fisicoquímica, 3 a ed. U.S.A., Adison-Wesley Iberoamericana, Clyde R. Metz, Fisicoquímica, 2 a Ed. Serie Schaum, Mc. Graw-Hill, David W. Ball, Physical Chemistry, U.S.A., Thomson, Books/Cole, Academia de Fisicoquímica Página 17