3. Objetivos del programa. Objetivo general:

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1 FES Zaragoza PROGRAMAS ANALÍTICOS DE LAS ASIGNATURAS 313 FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ZARAGOZA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA ÁREA PROGRAMA DE ESTUDIO 1. Datos de identificación del programa. Nombre de la asignatura: Ciclo escolar al que pertenece: Segundo Semestre fisicoquímica I Orientación académica: Ciclo Básico Número de horas: Teóricas: 6 Prácticas: 2 Número de créditos: 14 Fecha de elaboración: 20/03/2013 Prerrequisitos (temas aprendidos): Química I, Matemáticas I, Laboratorio de Ciencia Básica I. 2. Relación con el plan de estudios. Contribución de la asignatura al perfil de egreso. Contribuye en el campo relacionado con la termodinámica con el objetivo de adquirir los conocimientos que le permitan, lo que el plan de estudios establece: El egresado de la carrera de Ingeniería Química de la FES Zaragoza tiene una visión integral y multidisciplinaria de las funciones que realizan las empresas que componen la industria de la transformación ingeniería de procesos y proyectos y en el campo de la investigación, participa en el diseño e innovación de métodos de producción y obtención de nuevos productos sustentables, contribuyendo así al desarrollo industrial El ingeniero químico que se pretende formar deberá poseer los conocimientos esenciales, habilidades, aptitudes, valores y actitudes que a continuación se mencionan Diseñar, calcular y montar equipos e instalaciones para la industria de procesos Analizar y entender los procesos físicos y químicos que producen las transformaciones de los materiales Determinar la cantidad de los productos generados durante una reacción química a nivel industrial, así como la cantidad

2 314 Plan de Estudios de la Carrera de Ingeniería Química UNAM de energía involucrada, realizando para ello los balances de materia y energía correspondientes Distinguir cuales son los productos químicos que se obtienen durante una reacción química Identificar, diseñar y operar los procesos de separación adecuados para la obtención de productos químicos con alta pureza. 3. Objetivos del programa. Objetivo general: Aplicar los principios básicos de la termodinámica y sus ecuaciones, para el cálculo de las propiedades físico-químicas de las sustancias puras y de las condiciones que se satisfacen para que los sistemas alcancen el equilibrio, a fin de que desarrolle las habilidades necesarias para resolver problemas simples relacionados con los procesos que serán involucrados en la industria química. Objetivos específicos: Unidad 1. Analizar y utilizar los diferentes conceptos básicos de la termodinámica, y su generalización en las leyes que rigen el comportamiento de los sistemas, en los diferentes procesos. Unidad 2. Calcular las propiedades termodinámicas de los sistemas y las cantidades de energía intercambiadas entre ellos y el entorno, utilizando modelos de comportamiento ideal y que se alejen de éste. Unidad 3. Aplicar las leyes de la termodinámica al comportamiento de las sustancias puras, con base en los diagramas de fases, tablas de propiedades y ecuaciones fundamentales. 4. Conocimientos. Habilidades. CONTENIDO TEMÁTICO No. DE HORAS Unidad I. Termodinámica. 1.1 La fisicoquímica, sus ramas, métodos y aplicaciones. 1.2 La termodinámica, sus orígenes, desarrollo y aplicaciones. Conceptos fundamentales. Sistemas abiertos, cerrados y aislados, alrededores. Universo. 1.3 Parámetros de estado. Ecuación de estados. Cambio de estado, trayectoria, variables intensivas y extensivas. Procesos reversibles e 40

3 FES Zaragoza PROGRAMAS ANALÍTICOS DE LAS ASIGNATURAS 315 CONTENIDO TEMÁTICO No. DE HORAS irreversibles. Procesos cíclicos: representación geométrica. Modelo del gas ideal. Funciones de estado y de trayectoria, su expresión matemática como diferenciales exactas e inexactas La primera ley de la termodinámica para sistemas cerrados. Orígenes, desarrollo y aplicaciones Energía interna, entalpía, calor, trabajo, capacidades caloríficas, móvil perpétuo de primera especie La primera ley para sistemas abiertos La segunda ley de la termodinámica. Orígenes, desarrollo y aplicaciones Ciclo directo de Carnot. Eficiencia termodinámica. Móvil perpetuo de segunda especie Ciclo inverso de Carnot. Coeficientes de refrigeración Teoremas de Carnot. Integral de Clausius. Entropía. Equilibrio espontaneidad La tercera Ley de la termodinámica. 1.7 Ecuaciones fundamentales para sistemas cerrados y simples Ecuación unificada de la primera y segunda leyes de la termodinámica Equilibrio termodinámico. Criterios de espontaneidad y equilibrio Energías libres: condiciones de equilibrio en el laboratorio Ecuaciones de Maxwell. Ecuaciones de Gibbs-Helmholtz Ecuaciones fundamentales para sistemas abiertos Fases, componentes, sistemas homogéneos y heterogéneos Potencial químico. Ecuación de Gibbs-Duhem. Unidad II. Procesos Termodinámicos. 1. Termodinámica de un gas ideal. Cálculo del H, E, S, Q y W durante los procesos isobáricos, isotérmico, isocóricos, adiabáticos y politrópicos Ley de Dalton: Ley de Amagat, presión y volúmenes parciales, reglas de mezclado. 2. Termodinámica de gases no ideales. Desviaciones de la idealidad: factor de compresibilidad. Coeficientes de fugacidad. 2.1 Propiedades residuales. 2.2 Ecuaciones de estado para gases no ideales, Van der Waals, Soave, Virial. 48

4 316 Plan de Estudios de la Carrera de Ingeniería Química UNAM CONTENIDO TEMÁTICO No. DE HORAS 2.3 Estados correspondientes. Gráficas de Z contra Parámetros reducidos, etc. Predicción y cálculo de la fase líquida, de la zona de equilibrio líquido -vapor y el punto crítico. 2.4 Cálculo de coeficientes de fugacidad en base de los datos P, V, T de las sustancias. 2.5 Cálculo de E, H, S, Q y W, para los gases no ideales durante los procesos termodinámicos. Unidad III. Termodinámica de las sustancias puras. 1. Diagramas termodinámicos, identificar las fases sólidas, líquida y gaseosa, así como las zonas de coexistencia, punto crítico y el punto triple. Manejo de tablas de vapor. 2. Potencial químico. Criterio de estabilidad y equilibrio. Calcular las funciones termodinámicas del equilibrio físico y las ecuaciones que lo definen. 3. Ecuación de Clapeyron, Integración de la ecuación de Clapeyron para los equilibrios sólido-líquido, sólido-vapor, líquido-vapor. 4. Diagramas de fases, construcción y manejo de los mismos. 5. Ecuación de Clausius y Clapeyron, equilibrio de fases condensadas. 6. Ecuación de Antoine, dependencia del calor de vaporización con la temperatura Estrategias de aprendizaje. ASPECTOS TEÓRICOS De la enseñanza del profesor: Exposición oral. Exposición audiovisual (uso de computadora, proyector, videogramas e internet). Para promover la participación de los estudiantes. Ejercicios dentro de clase. Interrogatorio didáctico (consiste en desarrollar un tema a base de preguntas dirigidas a los estudiantes, previa preparación del tema por parte de ellos). Seminarios. Análisis, lectura en voz alta y resumen escrito, de los textos y material audiovisual revisados.

5 FES Zaragoza PROGRAMAS ANALÍTICOS DE LAS ASIGNATURAS Evaluación del aprendizaje. ASPECTOS TEÓRICOS Evaluación de los aprendizajes: Exámenes parciales de cada unidad del programa de la asignatura. Exámenes finales ordinarios A y B. Ejercicios dentro de clase de problemas seleccionados para tal fin. Trabajo en equipo. Trabajos de investigación. Participación en clase. Trabajos y tareas extraclase. Exposición de temas de investigación incluidas en el programa. 7. Calificación. ASPECTOS TEÓRICOS Examen parcial escrito. Exámenes finales: Ordinarios A y B. Ejercicios dentro de clase y problemas seleccionados. Participación en clase. Trabajos de investigación. FINAL 60% 100% 10% 10% 10% 8. Bibliografía. Bibliografía básica: Abbott, M.H. (1987). Teoría y problemas de termodinámica. México: McGraw-Hill. Atkins, W.P. (1985). Fisicoquímica. México: Fondo Educativo Interamericano. Atkins, W.P. y Clugston, M.J. (1985). Principios de fisicoquímica. México: Editorial Fondo Educativo Interamericano. Ball, D.W. (2004). Fisicoquímica. México: Thomson Learning. Castellan, GW. (1998). Fisicoquímica. México: Editorial Fondo Educativo Interamericano. Cengel y Boles. (2012). Termodinámica. McGraw- Hill.

6 318 Plan de Estudios de la Carrera de Ingeniería Química UNAM Daniels, F. (1986). Fisicoquímica. México: CECSA. México. Díaz Peña, R. (1985). Química física. México: Alhambra. García Colín, L. (1986). Introducción a la termodinámica clásica. 3ª ed. México: Trillas. Garritz, A. y Costas, M. (1986). Los problemas resueltos. México: Fondo Editorial Interamericano. Gerasimov, Y. (1987). Fisicoquímica. Editorial MIR. Levine, I.N. (2009). Fisicoquímica. México: McGraw-Hill. Maron y Prutton. (1990). Fisicoquímica. Limusa. México Thomas, T. y Reid, P. (2007). Introducción a la fisicoquímica. México: Pearson Educación. Bibliografía complementaria: Barrow, G.W. (1983). Fisicoquímica. España: Reverté. Chang, R. (1986). Fisicoquímica con aplicaciones biológicas. México: CECSA. Crockford, H.D. (1986). Fundamentos de fisicoquímica. México: CECSA. Rock, P.A. (1980). Chemical thermodynamics. USA: McGraw-Hill. Ureta, BE. (1985). Fisicoquímica. El equilibrio químico. México: Limusa. Zemansky, H. (1980). Heat and thermodynamics. USA: McGraw-Hil. 9. Perfil docente. Poseer una formación licenciatura y preferentemente posgrado tanto en el área de la Fisicoquímica u otra afín, así como en aspectos psicopedagógicos. 2 años de experiencia probada en la docencia, conocimientos del plan de estudios de la carrera. 10. Propuesta de evaluación del cumplimiento del programa. A. Convocar al claustro de profesores del área, a la mitad y al final de cada semestre, para recabar y analizar información, relacionada con las fortalezas y debilidades en la instrumentación del programa. B. Diseño y aplicación por el claustro de profesores del área, un instrumento de evaluación, dirigido a los estudiantes, que permita evaluar la efectividad del programa. 11. Responsables de la elaboración M en C. Gloria Peralta Otáñez I. Q. José Miguel Flores Gálaz M en I. Rafael Sánchez Dirzo Dr. José Ángel Rojas Zamorano