CÁTEDRA Q-FISICOQUÍMICA RESPONSABLE DE LA CÁTEDRA. GIUDICE Carlos Alberto

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1 CÁTEDRA Q-FISICOQUÍMICA RESPONSABLE DE LA CÁTEDRA GIUDICE Carlos Alberto

2 CARRERA INGENIERÍA QUIMICA CARACTERÍSTICAS DE LA ASIGNATURA PLAN DE ESTUDIOS 2005 ORDENANZA CSU. Nº 1028 OBLIGATORIA ELECTIVA ANUAL PRIMER CUATRIMESTRE SEGUNDO CUATRIMESTRE NIVEL / AÑO HORAS CÁTEDRA SEMANALES III 4

3 OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Comprender y aplicar la termodinámica de multi-componentes, la termodinámica química y los fenómenos fisicoquímicos. Proyectarlos hacia su aplicación industrial. OBJETIVOS ESPECÍFICOS UNIDAD TEMÁTICA 1: INTRODUCCIÓN A LA FISICOQUÍMICA. Presentación de la materia. Discusión de su importancia. Vinculación horizontal y vertical de la materia. Establecer la diferencia entre hipótesis y teoría. Aplicación del método científico. UNIDAD TEMÁTICA 2: PROPIEDADES DE LOS GASES. Establecer la ley de Boyle, la de Charles y la de 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. Calcular la capacidad calorífica de moléculas poliatómicas. UNIDAD TEMÁTICA 3: TERMODINÁMICA Y TERMOQUÍMICA. 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 leyes de la Termoquímica. Estudiar procesos reversibles. Interpretar la ecuación de Kirchhoff para la evaluación del efecto de la temperatura sobre el calor de reacción. UNIDAD TEMÁTICA 4: SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA. Establecer la Segunda Ley de la Termodinámica. Definir el cambio de entropía para un sistema de referencia. Establecer y justificar la desigualdad de Clausius, 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 Clausius-Clapeyron. Definir la función de Helmholtz y la función de Gibbs.

4 UNIDAD TEMÁTICA 5: LICUACIÓN Y PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS. 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. UNIDAD TEMÁTICA 6: SOLUCIONES DILUIDAS. Establecer la ley de Raoult. 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; explicar cómo se puede medir. Definir los estados standard para los componentes de disoluciones ideales y reales. UNIDAD TEMÁTICA 7: ENERGÍA LIBRE Y EQUILIBRIO QUÍMICO. 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. UNIDAD TEMÁTICA 8: EQUILIBRIO DE FASES. 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 líquido-sólido y explicar el término eutéctico. Interpretar los diagramas de tres componentes para líquidos parcialmente miscibles y para disoluciones de dos sales. UNIDAD TEMÁTICA 9: CONDUCTANCIA DE ELECTROLITOS. 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.

5 UNIDAD TEMÁTICA 10: FUERZA ELECTROMOTRIZ. Explicar los términos pila galvánica y pila electrolítica; 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, explicar la forma de medirla y relacionarla con la constante de equilibrio de la reacción. Utilizar la serie electroquímica. Celdas electrolíticas: sobrepotenciales. UNIDAD TEMÁTICA 11: EQUILIBRIO EN ELECTROLITOS. Definir la actividad y el coeficiente de actividad medio de iones en solución. Describir el fundamento físico de la teoría de Debye-Hückel 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. UNIDAD TEMÁTICA 12: CINÉTICA QUÍMICA HOMOGÉNEA. Establecer las formas de clasificar las reacciones químicas. Definir orden de una reacción. Definir la molecularidad de una reacción. Catálisis. UNIDAD TEMÁTICA 13: FENÓMENOS DE SUPERFICIE. Definir adsorción y adsorbentes. Examinar los fenómenos que acompañan la adsorción de los gases. Diferenciar a la adsorción física de la adsorción química. Establecer la isoterma de Langmuir. Propiedades de los coloides.

6 CONTENIDOS CONTENIDOS SINTÉTICOS Fuerzas intermoleculares. Sistemas multicomponentes y equilibrio de fases. Mezclas y soluciones, funciones parciales molares. Termodinámica de las reacciones químicas y equilibrio químico. Cinética química homogénea. Electroquímica. Fenómenos de superficie. CONTENIDOS ANALÍTICOS UNIDAD TEMÁTICA 1: INTRODUCCIÓN A LA FISICOQUÍMICA. Naturaleza de los problemas. Método científico. Hipótesis y teoría. Relación de la fisicoquímica con otras ciencias. UNIDAD TEMÁTICA 2: PROPIEDADES DE LOS GASES. Leyes de los gases. cinética. Capacidad calorífica. Gases reales. UNIDAD TEMÁTICA 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. UNIDAD TEMÁTICA 4: SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA. Entropía. Funciones energía libre y trabajo máximo. Potencial químico. Fases en equilibrio: ecuación de Claussius -Clapeyron. Ecuación de Gibbs-Helmholtz. UNIDAD TEMÁTICA 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, interfasial y viscosidad. UNIDAD TEMÁTICA 6: SOLUCIONES DILUIDAS. Descenso de la presión de vapor. Elevación del punto de ebullición. Descenso del punto de congelación. Ósmosis y presión osmótica. Soluciones ideales y no ideales. UNIDAD TEMÁTICA 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. UNIDAD TEMÁTICA 8: EQUILIBRIO DE FASES.

7 Regla de las fases. Soluciones de gases en líquidos. Mezclas de dos líquidos. Sistemas gas-sólido. Sistemas sólido-líquido. Sistemas de tres componentes. Multicomponentes. UNIDAD TEMÁTICA 9: CONDUCTANCIA DE ELECTROLITOS. Leyes de la electrólisis. Migración de iones: número de transporte. Conductancia equivalente. de la atracción interiónica. Ecuación de Onsager. Grado de disociación. Conductancia independiente de los iones. Movilidad iónica. UNIDAD TEMÁTICA 10: FUERZA ELECTROMOTRIZ. Elementos galvánicos. Variación de energía libre en pilas. Potencial de electrodos reversibles. Pilas de concentración. Celdas electroquímicas: descarga de iones. Curvas de polarización. Sobrepotenciales. UNIDAD TEMÁTICA 11: EQUILIBRIO EN ELECTROLITOS. Constantes de equilibrio de ionización. Coeficientes de actividad media de los electrolitos fuertes. Fuerza iónica. de Debye-Hückel y Ley Límite. Solubilidad y coeficiente de actividad. UNIDAD TEMÁTICA 12: CINÉTICA QUÍMICA HOMOGÉNEA. Orden de reacción. Reacciones en etapas. Catálisis. UNIDAD TEMÁTICA 13: FENÓMENOS DE SUPERFICIE. Adsorción. Tipos de adsorción. Isoterma de Langmuir y de van der Waals. Coloides.

8 BIBLIOGRAFÍA BIBLIOGRAFÍA OBLIGATORIA TÍTULO AUTORES EDITORIAL AÑO DE EDICIÓN EJEMPLARES DISPONIBLES Química física Atkins, C. Adisson Wesley Elementos de Química Física Glasstone, S; Lewis, D. El Ateneo Fisicoquímica Castellán, G. Addison Wesley Química Física Barrow, G. M. Reverté Termodinámica Química de los Procesos Irreversibles Criado- Sancho, M.; Casas- Vázquez, J. Addison - Wesley

9 BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA TÍTULO AUTORES EDITORIAL AÑO DE EDICIÓN EJEMPLARES DISPONIBLES Fisicoquímica Levine, I. Mc. Graw- Hill Química Física Experimental Palmer W.G. Eudeba Termodinámica Química de los Procesos Irreversibles Criado- Sancho, M.; Casas- Vázquez, J. Addison - Wesley

10 FORMACIÓN PRÁCTICA FORMACIÓN EXPERIMENTAL: 10 HS RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE INGENIERÍA: - ACTIVIDADES DE PROYECTO Y DISEÑO: -

11 ARTICULACIÓN CON OTRAS ASIGNATURAS ASIGNATURAS CON QUE SE VINCULA Toma: De ANÁLISIS MATEMÁTICO I Y II y de ÁLGEBRA Y GEOMETRÍA ANALÍTICA herramientas matemáticas, algebraicas y trigonométricas; de QUÍMICA GENERAL Y QUÍMICA INORGÁNICA características de los elementos y procesos químicos; de FÍSICA I Y II conceptos de mecánica, cinemática, termodinámica y electricidad; de INTEGRACIÓN I conceptos para la integración de conocimientos y correcta presentación de informes; de INTEGRACIÓN II conceptos integradores y de balances de masa y energía; de TERMODINÁMICA conceptos básicos para la evolución de procesos en el campo de la Ingeniería Química; de INTEGRACIÓN III conceptos de procesos y operaciones unitarias. Provee: A INTEGRACIÓN IV conceptos relacionados a procesos de Ingeniería Química; a OPERACIONES UNITARIAS I conceptos de sólidos y fluidos; a OPERACIONES UNITARIAS II conceptos de sólidos, fluidos y transferencia de calor; a TECNOLOGÍA DE LA ENERGÍA TÉRMICA conceptos relacionados a la termodinámica y transferencia de calor; a CORROSIÓN METÁLICA Y PROTECCIÓN y ELECTROQUÍMICA INDUSTRIAL conceptos de soluciones electrolíticas, conductancia de los electrolitos, electrólisis y fuerza electromotriz; a PROTECCIÓN DE MATERIALES conceptos de soluciones y fenómenos de superficie; a INGENIERÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS E INGENIERÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS AVANZADAS conceptos de equilibrio químico, cinética de las reacciones reversibles e irreversibles y potencial químico; BIOTECNOLOGÍA conceptos de energía interna, entalpía, energía libre de procesos y termoquímica aplicada; QUÍMICA ANALÍTICA APLICADA conceptos de soluciones electrolíticas, equilibrio químico, conductancia de los electrolitos, electrólisis y fuerza electromotriz; MATERIALES CERÁMICOS Y POLÍMEROS conceptos de equilibrio químico, cinética de las reacciones reversibles e irreversibles, potencial químico, energía interna, entalpía, energía libre de procesos y termoquímica aplicada.

12 CARACTERÍSTICAS DE LA ACTIVIDAD CURRICULAR DESCRIPCIÓN Dictado de clases teóricas y seminarios por parte de los docentes de la Cátedra (tiza y pizarrón); trabajos prácticos de laboratorio, con entrega previa de guías impresas y aprobación de conceptos básicos. MODALIDAD DE LA ENSEÑANZA Los docentes realizan clases expositivas de la totalidad de los temas y seminarios con activa participación de los alumnos. Los trabajos de laboratorio se desarrollan en el CIDEPINT, en el marco del Convenio con la UTN-FRLP (a partir de 2000). EVALUACIÓN Dos exámenes parciales y sus respectivos recuperatorios, en el horario de la Cátedra; estos deben ser aprobados cuali y cualintativamente. En forma previa a cada evaluación, los alumnos deben entregar la carpeta de seminarios y trabajos de laboratorio. Evaluación final.

13 ESTRUCTURA DE LA CÁTEDRA 1. RESPONSABLE DE CÁTEDRA: GIUDICE Carlos Alberto 2. ESTRUCTURA DOCENTE - PROFESOR: GIUDICE Carlos Alberto - AUXILIAR: CANOSA Guadalupe 3. NÚMERO DE ALUMNOS POR COMISIÓN: 16 - PARA ACTIVIDADES TEÓRICAS: 16 - PARA ACTIVIDADES PRÁCTICAS (seminarios): 16 - PARA FORMACIÓN EXPERIMENTAL (prácticas de laboratorio): 5/6 - PARA PROBLEMAS DE INGENIERÍA: - - PARA PROYECTO Y DISEÑO: -

14 CRONOGRAMA UNIDAD TEMÁTICA ACTIVIDADES TIEMPO Hasta la semana: U. 1 Introducción a la fisicoquímica Seminario I U. 2 Propiedades de los gases cinética Gases reales U. 3 Primera Ley de la Termodinámica Leyes de la Termoquímica Ecuación de Kirchooff U. 4 Segunda Ley de la Termodinámica Entropía Energía libre y trabajo máximo Ecuación de Clausius Clapeyron Ecuación de Gibbs Helmholtz U. 5 Licuación de los gases Presión de vapor y vaporización Propiedades de los líquidos U. 6 Soluciones diluidas Propiedades coligativas Ósmosis y presión osmótica Soluciones ideales y no ideales Unidades 1 a 6 Primer parcial Análisis U. 7 Energía libre y equilibrio químico Temperatura y equilibrio Entropía y energía libre Seminario II Seminario III Seminario IV Seminario V Seminario VI Práctica de viscosimetría Práctica de tensión superficial Ensayos reológicos Seminario VII Consultas Primera, segunda y tercera fecha Discusión de temas de parciales Seminario VIII Seminario IX 0,25 0,50 0,75 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,25 3,75 4,25 4,50 5,00 5,50 5,75 6,00 6,50 6,75 7,00 7,25 7,75 8,50 9,25 10,00 10,25 10,75 11,00 11,25 11,75 12,25 12,75 13,25 13, ,75 15,25 15,75

15 U. 8 Equilibrio de fases Regla de las fases Sistemas gas/líquido y líquido/líquid Sistemas gas/sólido y sólido/líquido Sistemas de tres componentes Seminarios X U 9 Conductancia de los electrolitos Leyes de la electrólisis Número de transporte Conductancia equivalente Ecuación de Onsager Movilidad iónica U.10 Fuerza electromotriz Energía libre y pilas Potencial de Elec.-trodos Pilas de concentración Descarga de iones Curvas de polarización Sobretensión U. 11 Equilibrio en electrolitos Coeficientes de actividad Fuerza iónica de Debye-Huckel Solubilidad y coeficientes actividad U.12 Cinética química homogénea Clasificación de las reacciones Orden de reacción Catálisis U.13 Fenómenos de superficie Adsorción e isotermas Coloides Unidades 7 a 13 Segundo parcial Seminario XI Seminario XII Seminario XIII Seminario XIV Seminario XV Consultas Primera, segunda y tercera fecha 16,00 16,50 17,00 17,50 18,00 18,50 19,00 19,50 19,75 20,00 20,50 21,00 21,25 21,75 22,00 22,25 22,50 23,00 23,25 23,50 23,75 24,25 24,75 25,25 25,75 26,00 26,25 26,50 27,00 28,50 28,75 29,00 29,50 30,00 30,25 30,50 31,00 32,00