Promover en los alumnos la deducción de las Leyes fundamentales de los mencionados fenómenos.

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1 FISICOQUÍMICA II Carreras: Licenciatura en Química, Licenciatura en Biotecnología, Bioquímica, Farmacia, Profesorado en Química Ubicación: 1 cuatrimestre de tercer año Presupuesto de tiempo: Tiempo de cursado: Cuatrimestral (14 semanas) Carga horaria semanal: 7 hs Carga horaria total: 100 Clases Teóricas: 2 clases semanales de 1 hs 30 min. Tareas en aula y Trabajos Prácticos: 4 hs semanales: 2 clases semanales de 2 hs cada una Marco de Referencia Esta Asignatura se ocupa fundamentalmente de desarrollar principios básicos que son necesarios para explicar e interpretar observaciones hechas en otras ramas de la Química. El desarrollo de Fisicoquímica exige conocimientos previos para el adecuado desarrollo de la presente asignatura que provienen de Fisicoquímica I y sus correlatividades. Tiene así una relación vertical directa con las Asignaturas del primer año del Ciclo Básico. Esta Asignatura se ocupa fundamentalmente de desarrollar principios básicos que son necesarios para explicar e interpretar observaciones hechas en otras ramas de la Química Biológica, Biofísica. Comprende los siguientes capítulos: el uso de la Termodinámica para discutir propiedades de macromoléculas, el análisis de las velocidades y mecanismos de los cambios químicos y ciertos fenómenos de transporte, los fenómenos de superficies y las fuerzas intermoleculares que manejan todos estos mecanismos. Objetivos: La Asignatura se plantea los siguientes objetivos: Favorecer la comprensión de los principios fundamentales, provenientes en su mayor parte de la Física, en la aplicación al estudio de la estructura de la materia en sus diversas formas, y a la explicación de fenómenos de interés para la Química y disciplinas relacionadas. Promover en los alumnos la deducción de las Leyes fundamentales de los mencionados fenómenos. Posibilitar en los alumnos la aplicación de dichas Leyes a la resolución de problemas de distinto tipo, y a la interpretación de datos experimentales obtenidos en el Laboratorio. Contribuir a desarrollar en el alumno una actitud positiva hacia la interpretación racional de los fenómenos naturales. Contribuir a desarrollar en el alumno habilidades para el planteo y la resolución de problemas de distintos tipos. Contribuir a capacitar a los alumnos para el diseño y la ejecución de experimentos de Laboratorio, y para el manejo e interpretación de los datos experimentales obtenidos. 1

2 Contribuir a capacitar a los alumnos para la confección de informes científicos. Contribuir a ejercitar al alumno en el trabajo experimental en condiciones adecuadas de seguridad. En el Programa Analítico de contenidos se desarrollan Objetivos Cognoscitivos Específicos para cada Área temática del mismo. Metodología de trabajo La Asignatura se desarrollará empleando los siguientes recursos: a)clases teóricas: Clases expositivas de los contenidos del programa, apoyadas con material pedagógico preparado al efecto. b)tareas en aula: En estas se desarrollará la resolución de ejercicios, discusión de temas específicos y simulación de comportamientos mediante el uso de computadoras.. Se llevarán a cabo por comisión de estudiantes. Estarán destinadas a la revisión y discusión de los contenidos teóricos mediante la resolución grupal de ejercicios, cuestionarios y problemas numéricos, con posterior discusión de los resultados en el ámbito del grupo. Se analizarán y discutirán también los fundamentos, objetivos y protocolos de los trabajos experimentales a desarrollar en el Laboratorio, así como los resultados obtenidos en dichos trabajos. Estas clases son de carácter optativo para los estudiantes. c)trabajos de laboratorio en mesada de carácter obligatorio. Evaluación y acreditación: Los recursos previstos para la evaluación consisten en la realización de un examen parcial escrito y su correspondiente recuperatorio. Los trabajos de laboratorio en mesada serán evaluados en cada sesión. La condición de regular comprende la aprobación del examen parcial o su respectivo recuperatorio y la aprobación del 80 % de los trabajos de laboratorio. Examen Final, escrito y oral PROGRAMA ANALÍTICO UNIDAD I: CINÉTICA DE PROCESOS ESPONTANEOS. Objetivos: Introducir la variable tiempo en el estudio de fenómenos en condiciones de irreversibilidad termodinámica, de interés para la Química. Analizar criterios de espontaneidad. Estudiar la Cinética de las reacciones químicas y de procesos de transporte de masa y de carga eléctrica Tema 1: Termodinámica de los procesos irreversibles. Sistemas abiertos y espontaneidad. Flujos y fuerzas termodinámicas. Fenómenos acoplados. Termodinámica de los procesos irreversibles lineal y no lineal. Teorema de mínima producción de entropía. Estabilidad de los estados de equilibrio y estados estacionarios. Tema 2: Propiedades de transporte. 2

3 Fenómenos de transporte. Difusión. Primera y Segunda Ley de Fick. Difusión y movimiento browniano. Transporte de carga en electrolitos. Conductividad, conductividad molar y conductividad equivalente. Contribución a la corriente de iones individuales. Movilidad electroforética. Números de transporte. Conductividades iónicas molares. Ley de Kolhrausch. Influencia de la concentración en las conductividades molares. Ecuación de Onsager. Efectos electroforético y de asimetría o relajación. Tema 3: Espectroscopia. Radiación electromagnética. Radiación del cuerpo negro. Orígenes de la teoría cuántica. Interacción radiación-materia. Introducción a la Mecánica Ondulatoria. Aplicación a sistemas macroscópicos. La ecuación de Schorödinger. Aplicación a movimientos simples: traslación, vibración, rotación. Estructura atómica y espectros atómicos. Espectroscopía molecular. Espectros de rotación y vibración. Espectroscopía del visible y ultravioleta. Fluorescencia. Fosforescencia. Dispersión óptica rotatoria y dicroísmo circular. Espectroscopía de resonancia magnética. UNIDAD II: ESTRUCTURAS MACROSCOPICAS Y MICROSCOPICAS. Objetivos: Estudiar las características estructurales de macromoléculas, interfases y superficies con miras a la comprensión de las propiedades e interacciones de las mismas. Tema 4: Fuerzas intermoleculares. Polarizabilidad. Clasificación de las interacciones intermoleculares. Interacciones ión - ión, ión - dipolo, dipolo - dipolo. Fuerzas de Van der Waals: interacciones ión - dipolo inducido o dipolo - dipolo inducido. Fuerzas de Keesom: interacción dipolo - dipolo. Fuerzas de London: interacción dipolo inducido - dipolo inducido. Fuerzas retardadas. Estructura del agua. Propiedades del agua pura. Interacciones del agua con otras sustancias. Iones y sustancias apolares en disolución. Tema 5: Fenómenos de superficie. Tensión interfacial. Termodinámica de las interfases. Adsorción. Isoterma de Gibbs. Películas superficiales. Balanza de Langmuir. Micelas, lamelas y vesículas. Membranas biológicas. Adsorción física y química sobre sólidos. Isotermas de Langmuir, Freündlich y BET. Fenómenos de superficies electrizadas. Doble capa eléctrica. Efectos electrocinéticos. Potencial zeta o electrocinético. Electroforésis. Coloides. Coloides liófilos. Concentración micelar crítica. Geles. Coloides liófobos. Estabilidad de coloides. Coagulación y floculación. Emulsiones. Espumas. Tema 6: Estructuras y propiedades de polímeros en solución. A) Tipos de polímeros: polímeros de cadena flexible y polímeros estructurados. Niveles estructurales: estructura primaria, secundario, terciaria y cuaternaria. Forma de macromoléculas en solución: volumen excluido. Moléculas esféricas, prolato y oblato y tipo barra. Comportamiento en solución de los polímeros de cadena flexible. Diferentes forma de expresar los peso moleculares. Curvas de distribución. Volumen especifico parcial de una macromolécula. 3

4 B) Modelo para el comportamiento de los polímeros de cadena flexible en solución. Teoría de Flory Huggins. Calculo de entropía y entalpía de interacción polímerosolvente. Interacción polímero-solvente. Medida de la presión osmótica de los polímeros. Segundo coeficiente del virial. Concepto termodinámico de buenos y malos solventes. Solubilidad de polímeros en solución. Determinación de pesos moleculares por medida de presión osmótica. C). Hidrodinámica de las soluciones de polímeros. Difusión de macromoléculas en medio acuoso. Coeficiente de difusión y de sedimentación. Viscosidad de las soluciones de macromoléculas. Viscosidad especifica e intrínseca. Coeficiente de Huggins. Determinación del peso molecular de un polímero por medida de viscosidad. Viscosímetro de Oswald. Dispersión de la luz por las soluciones de macromoléculas. Determinación del peso molecular. Migración de macromoléculas en un campo eléctrico: electroforesis. Tema 7: Equilibrio múltiples en soluciones de polímeros con carga eléctrica. Concepto de Punto isoeléctrico y punto isoiónico. Isotermas para estudiar el equilibrio ácido base en polielectrolitos. Diferentes modelos y graficaciones. Modelo con interacciones electrostáticas: Teoria de Deybe Huckel aplicada a polielectrolitos en solución. Concepto de cooperatividad. Métodos prácticos para estudiar los equilibrios múltiples: equilibrio de diálisis, métodos espectrofotométricos. Tema 8: Transporte de solutos a través de membranas biológicas. Enfoque termodinámico. Equilibrio de Gibbs - Donnan. Cinética del transporte por difusión simple y facilitada. Trabajos prácticos de Laboratorio Fenómenos de transporte: -Determinación de la constante de acidez del ácido acético por medidas de conductancia. Determinación de la conductividad equivalente a dilución infinita de electrolitos fuertes y débiles. Fenómenos de Superficie: -Determinación de la concentración micelar crítica de un tensoactivo por medidas de tensión superficial. -Estudio de las propiedades fisicoquímicas y estabilidad de sistemas coloidales de importancia biotecnológica, farmacológica e industrial: mayonesa, leche, liposomas y tintas Macromoléculas: -Determinación de las propiedades hidrodinámicas y dimensiones de un polímero de cadena flexible, polietilenglicol por medidas de viscosidad Espectroscopía: -Obtención de los espectros de emisión del fluoróforo sulfato de quinina y extinción de su fluorescencia con NaCl. Obtención de la constante de Stern - Volmer Bibliografía Fisicoquímica, G. W. Castellan, Addison - Wesley Iberoamericana Fisicoquímica, I. N. Levine, Editorial Mc Graw Hill, 4

5 Physical Chemistry, R. A. Alberty & R. J. Silbey, John Wiley & Sons, Inc. Introducción a la Termodinámica de los Procesos Biológicos, D. Jou y J. E. Llebot, Labor Universitaria Transporte a través de la membrana celular, P. J. Garrahan y A. F. Rega, Monografía de la OEA - Serie Biología Surfaces, interfaces and colloids. Principles and applications. D. Myers, VCH Publishers, Inc. Bioquímica Física, K. E. Van Holde, Editorial Alhambra Introduction to Physical Polymer Science, L. H. Sperling, John Wiley & Sons Inc. Química - Física experimental, W. G. Palmer, Editorial EUDEBA Experimental Physical Chemistry, F. Daniels, J. W. Williams, P. Bender, R. A. Alberty & C. D. Cornwell, McGraw - Hill Book Co., Inc. Laboratory Manual of Physical Chemistry, H. D. Crockford & J. W. Nowell, John Wiley & Sons, Inc. 5