PROYECTO DOCENTE ASIGNATURA: "Físico-química"

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1 PROYECTO DOCENTE ASIGNATURA: "Físico-química" Grupo: Grp Clases Teóricas Físico-química.(949173) Titulacion: Grado en Ingeniería Química Industrial Curso: DATOS BÁSICOS DE LA ASIGNATURA/GRUPO Titulación: Año del plan de estudio: Centro: Asignatura: Código: Tipo: Curso: Período de impartición: Grado en Ingeniería Química Industrial 2010 Escuela Politécnica Superior Físico-química Obligatoria 2º Primer Cuatrimestre Ciclo: Grupo: Créditos: Horas: Área: Departamento: Dirección postal: Dirección electrónica: Grp Clases Teóricas Físico-química. (1) Ingeniería Química (Área principal) Ingeniería Química (Departamento responsable) ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR, C/ VIRGEN DE ÁFRICA, SEVILLA COORDINADOR DE LA ASIGNATURA FUENTE FERIA, JULIA DE LA PROFESORADO 1 FUENTE FERIA, JULIA DE LA Curso académico: 2017/2018 Última modificación: de 7

2 OBJETIVOS Y COMPETENCIAS Objetivos docentes específicos Que el alumno reconozca la Fisicoquímica como una parte básica de la Ingeniería Química, Introducir al alumno en los conceptos básicos y desarrollos de la Termodinámica que son de interés para la Ingeniería Química, Hacer que el alumno maneje las ecuaciones que definen los equilibrios de los sistemas formados por uno o varios componentes. Hacer que el alumno adquiera destrezas en las aplicaciones de los Principios, Métodos y Tecnología propios de la Fisicoquímica. Dotar al alumno de conocimientos básicos de fisicoquímica para que adquiera la competencia de aplicarlos en el ámbito industrial de la producción, así como a las posibles modificaciones venideras en los sistemas de producción. Competencias Competencias transversales/genéricas G01 Capacidad para la resolución de problemas G04 Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica. G05 Capacidad para trabajar en equipo. G07 Capacidad de análisis y síntesis. G10 Aptitud para la comunicación oral y escrita de la lengua propia. G15 Capacidad para el razonamiento crítico. Competencias específicas E33 Comprender los principios físico-químicos de las reacciones, la teoría de los equilibrios químicos en disolución, las etapas del proceso analítico, las técnicas básicas del análisis cualitativo y cuantitativo, y su utilidad en el control de los procesos industriales. E38 Conocer los conceptos básicos y desarrollos de la Termodinámica que son de interés para procesos químicos industriales. CONTENIDOS DE LA ASIGNATURA Relación sucinta de los contenidos (bloques temáticos en su caso) 1.- Sistemas termodinámicos. Gases ideales y reales. 2.- Termoquímica. 3.- Funciones termodinámicas. 4.- Propiedades molares parciales. Potencial químico. 5.- Termodinámica de los gases. 6.- Disoluciones ideales, diluidas ideales y no ideales. 7.- Equilibrio de fases. 8.- Equilibrio químico. 9.- Cinética química Electroquímica Química de superficies. Relación detallada y ordenación temporal de los contenidos BLOQUE I: TERMODINÁMICA Y EQUILIBRIO (total: 20 horas) Tema 1. Introducción. Conceptos Fundamentales (2 h teoría) Sistemas y Entorno. Estado de Equilibrio. Propiedades extensivas e intensivas. Ecuación de Estado. Procesos. Tipos de Transformaciones. Tema 2. Primer Principio de la Termodinámica. Termoquímica (3 h teoría + 2 h problemas) Introducción a la Termodinámica. Ley cero. Transformaciones reversibles e irreversibles. Trabajo de expansión. Calor. Energía Interna. Influencia del volumen y la temperatura en la energía interna. Procesos a presión constante. Entalpía. Capacidad calorífica a presión y a volumen constante. Determinación del Q, W, entalpía y energía interna en diferentes procesos. Aplicación de la primera ley a las Reacciones Químicas. Entalpía de reacción. Ley de Hess. Calores de reacción a volumen constante. Dependencia del calor de reacción con la temperatura. Ecuación de Kirchoff. Tema 3. Segunda Ley de la Termodinámica. Energía libre (5 h teoría + 2 h problemas) Procesos espontáneos y no espontáneos. Enunciado de la segunda ley de la termodinámica. Máquinas térmicas. Ciclo de Carnot. Entropía. Desigualdad de Clausius. Determinación de la variación de entropía en sistemas aislados y cerrados. Variación del incremento de entropía con la temperatura. Energía libre de Helmholtz y Gibbs. La energía libre como criterio de espontaneidad de reacciones químicas. Potencial químico y actividad. Equilibrio químico y Energía libre de Gibbs. Tema 4. Equilibrio químico (3h teoría + 3 h problemas) Aspectos básicos del equilibrio químico. Variación de la energía libre de Gibbs con el avance de la reacción. Energía libre y constante de equilibrio. Formas de la constante de equilibrio en sistemas homogéneos y heterogéneos. Variación de la constante de equilibrio con la temperatura. Perturbaciones del equilibrio. Expresiones cuantitativas del principio de LeChatelier. Cálculos en equilibrios químicos. BLOQUE II. SISTEMAS MATERIALES (Total: 18 horas) Tema 5. Sustancias Puras (I). Sistemas formados por una sola fase. Diagramas de fases. Gases. (2h teoría + 1 h problemas) Sustancias puras. Diagramas de fases de un componente. Cambios de estado y puntos triple y crítico. Regla de las fases. El gas Ideal. Leyes de los gases ideales. Ley de Difusión de Graham. Teoría cinética de los gases y deducción de las leyes de los gases ideales. Distribución de Maxwell-Boltzman. Gases Reales. Magnitudes críticas. Ecuación de estado de un gas real. Ecuación de van der Waals. Magnitudes reducidas. Ley de los estados correspondientes. Coeficientes de dilatación térmica y compresibilidad isotérmica. Curso académico: 2017/2018 Última modificación: de 7

3 Tema 6. Sustancias Puras (II). Mezclas bifásicas de sustancias puras. (3 h teoría + 1 h problemas) Líneas de equilibrio en el diagrama de fases. Presión de vapor de un sólido y de un líquido. El equilibrio líquido-vapor. Diagrama p-t. Variación de la presión de vapor con la temperatura. Ecuación de Clausius-Clapeyron. Diagramas T-V y p-v. Líquidos y vapores saturados, subenfriados y sobrecalentados. Calidad de una mezcla líquido-vapor. Regla de la palanca. Manejo de tablas termodinámicas. Tema 7. Sistemas formados por más de un componente (I). Mezcla de gases. El aire. Gases húmedos. (2 h teoría + 1 h problemas) Mezcla de gases ideales. Potencial químico de un componente de una mezcla de gases ideales. Ley de Dalton de las presiones parciales. Ley de Amagat. Masa molecular promedio y densidad de una mezcla de gases. Termodinámica de una mezcla de gases. Ciclo Linde para la licuefacción de gases. Gases Húmedos. Presión de vapor y presión de saturación del vapor de agua en el aire. Humedad Absoluta y Relativa. Punto de rocío. Tema 8. Sistemas formados por más de un componente (II). Disoluciones líquidas. (5 h teoría + 3h problemas) 8.1. Introducción. Clasificación de los sistemas dispersos. Solubilidad. Termodinámica del proceso de Disolución. Clasificación de las disoluciones. Disoluciones ideales y reales Disoluciones Gas-Líquido. Efecto de la presión sobre la solubilidad de un gas. Ley de Henry. Efecto de la temperatura en la solubilidad de un gas en un líquido Disoluciones binarias de solutos no volátiles. Propiedades coligativas de disoluciones no electrolíticas. Ley de Raoult. Desviaciones. Disoluciones electrolíticas. Teoría de Arrhenius. Teoría de Debye-Huckel Disoluciones binarias líquido-líquido. Desviaciones de la ley de Raoult. Diagramas de fases presión/temperatura vs composición. Destilación. BLOQUE III. CINÉTICA QUÍMICA (Total: 14 horas) Tema 9. Estequiometria y Cinética en Reacciones Homogéneas. (3 h teoría) Introducción. Clasificación de las reacciones. Reacciones múltiples. Concepto de selectividad y de rendimiento fraccional. Estequiometría de una reacción. Grado de avance. Tabla estequiométrica. Variación relativa de volumen en sistemas gaseosos en presencia o no de inertes. Velocidad de una reacción química. Factores que afectan a la velocidad. Ecuación cinética. Orden parcial y orden global. Coeficiente cinético: definición y dimensiones. Reacciones elementales y no elementales. Molecularidad y Mecanismos de reacción. Teoría de colisiones y del complejo activado. Dependencia del coeficiente de velocidad de reacción con la temperatura. Ley de Arrhenius. Tema 10. Métodos de determinación de la velocidad de reacción en reacciones homogéneas. (4h teoría + 3 h problemas) Formas integradas de la ecuación cinética en función del orden de la reacción. Obtención de datos experimentales en sistemas discontinuos. Método integral de análisis de datos. Método diferencial. Método del tiempo de vida media. Tema 11. Cinética en Reacciones Heterogéneas no catalíticas. (2h teoría) Transferencia de materia con reacción química. Introducción a las reacciones fluido-fluido. Reacciones sólido-líquido. Estudio cinético de las reacciones sólido-fluido: efecto de la difusión. Modelos cinéticos: modelo del núcleo decreciente y de la conversión uniforme. Formas de la ecuación cinética en función de la etapa controlante. TEMA 12. Catálisis. (2h teoría) Concepto de catálisis y catalizador. Cinética de las reacciones catalíticas homogéneas y heterogéneas. Modelos cinéticos. Difusión con reacción química en una partícula de catalizador. Módulo de Thiele. Factor de eficacia. BLOQUE III. ELECTROQUÍMICA (Total: 4horas) Tema 13. Electroquímica. (4 h teoría) Definiciones. Potencial químico de especies cargadas. Energía de Gibbs y el potencial de celda. Ecuación de Nernst. Constante de equilibrio a partir de los potenciales de celda. Celdas de concentración. Celdas electroquímicas como fuente de energía. BLOQUE IV. QUÍMICA DE SUPERFICIES (Total: 4 horas) TEMA 14. Química de Superficies. (4 h teoría) Centros de adsorción. Adsorción física y química. Adsorción de gases sobre sólidos. Isotermas de adsorción. Isoterma de Langmuir. Actividad catalítica en las superficies. Aplicaciones. ACTIVIDADES FORMATIVAS Relación de actividades formativas del cuatrimestre Clases teóricas Metodología de enseñanza-aprendizaje: Las clases teóricas se dedicarán a la exposición de los temas. El profesor proporcionará la bibliografía adecuada para que el alumno pueda ampliar y profundizar los conocimientos expuestos. Estas clases serán fundamentalmente activas, en las que se fomentará la participación de todos los alumnos. Competencias que desarrolla: E33 Comprender los principios físico-químicos de las reacciones, la teoría de los equilibrios químicos en disolución, las etapas del proceso analítico, las técnicas básicas del análisis cualitativo y cuantitativo, y su utilidad en el control de los procesos industriales. Curso académico: 2017/2018 Última modificación: de 7

4 E38 Conocer los conceptos básicos y desarrollos de la Termodinámica que son de interés para procesos químicos industriales. Clases de problemas Metodología de enseñanza-aprendizaje: En las clases prácticas se propondrán una serie de problemas en el que los alumnos aplicarán los conocimientos adquiridos, exponiéndose y valorándose las distintas alternativas. Competencias que desarrolla: G01 Capacidad para la resolución de problemas G04 Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica. G05 Capacidad para trabajar en equipo. G07 Capacidad de análisis y síntesis. G10 Aptitud para la comunicación oral y escrita de la lengua propia. G15 Capacidad para el razonamiento crítico.e33 Comprender los principios físico-químicos de las reacciones, la teoría de los equilibrios químicos en disolución, las etapas del proceso analítico, las técnicas básicas del análisis cualitativo y cuantitativo, y su utilidad en el control de los procesos industriales. E38 Conocer los conceptos básicos y desarrollos de la Termodinámica que son de interés para procesos químicos industriales. AAD sin presencia del profesor Metodología de enseñanza-aprendizaje: Se propondrán una serie de problemas en el que los alumnos aplicarán los conocimientos adquiridos. Competencias que desarrolla: G01 Capacidad para la resolución de problemas G04 Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica. G05 Capacidad para trabajar en equipo. G07 Capacidad de análisis y síntesis. G10 Aptitud para la comunicación oral y escrita de la lengua propia. G15 Capacidad para el razonamiento crítico. E33 Comprender los principios físico-químicos de las reacciones, la teoría de los equilibrios químicos en disolución, las etapas del proceso analítico, las técnicas básicas del análisis cualitativo y cuantitativo, y su utilidad en el control de los procesos industriales. E38 Conocer los conceptos básicos y desarrollos de la Termodinámica que son de interés para procesos químicos industriales. Exámenes BIBLIOGRAFÍA E INFORMACIÓN ADICIONAL Bibliografía general Fisicoquímica. VOL. I Y II. Levine, I.N. McGraw-Hill, Madrid, Curso académico: 2017/2018 Última modificación: de 7

5 Introducción a la fisicoquímica : Termodinámica Thomas Engel, Philip Reid ; con la colaboración de Warren Hehre ; traducción y revisión técnica, Alberto Requena Rodríguez, José Zúñiga Román, Adolfo Bastida Pascual México [etc.] : Pearson Educación, 2007 Principios de fisicoquímica Ira N. Levine 6ª ed., reimpr. México : McGraw Hill, D.L Termodinámica química Juan Antonio Rodríguez Renuncio, Juan José Ruiz Sánchez, José Santiago Urieta Navarro Madrid : Síntesis, Química Física Engel, T, Reid, P. Addison-Wesley Fisicoquímica Keith J. Laidler, John H. Meiser México : Compañía Editorial Continental, 2005 Fisicoquímica Atkins, P. W. 8ª Addison Wesley, Introducción a la termodinámica en ingeniería química J. M. Smith, H. C. Van Ness, M. M. Abbott. México : McGraw-Hill, 2007 Fundamentos de termodinámica Gordon J. Van Wylen, Richard E. Sonntag, Claus Borgnakke México : Limusa-Wiley, cop Bibliografía específica Physical chemistry : a short course Wayne E. Wentworth Oxford : Blackwell Science, 2000 Curso académico: 2017/2018 Última modificación: de 7

6 Problemas de físico química Levine, I.N. McGraw-Hill. Madrid Sistema de evaluación Sistema de evaluación por parciales Se realizarán dos parciales a lo largo del cuatrimestre. El contenido de los parciales será de cuestiones teóricas y de problemas de cada uno de los bloques que compongan el parcial. Se considerará aprobado mediante este sistema de evaluación a aquellos alumnos que obtengan un valor igual o superior a 5 en cada uno de los dos exámenes parciales. En este caso la calificación final será la media de las calificaciones obtenidas en ambos parciales. Aquellos alumnos que tengan sólo uno de los parciales aprobados, podrán examinarse en la primera convocatoria oficial sólo de la parte suspensa. También podrán examinarse en la convocatoria oficial los alumnos que deseen mejorar su calificación del o de los parciales aprobados. Sistema de evaluación examen único Aquellos alumnos que no se hayan presentado a los parciales o no hayan superado éstos, realizarán un examen con cuestiones teóricas y de problemas del parcial o parciales correspondientes. Se considerará aprobado si la calificación obtenida en la prueba única completa o del parcial a recuperar es igual o superior a 5. En la 2ª y en la 3ª convocatoria, se realizará un examen único sobre la totalidad de la asignatura. CALENDARIO DE EXÁMENES La información que aparece a continuación es susceptible de cambios por lo que le recomendamos que la confirme con el Centro cuando se aproxime la fecha de los exámenes. CENTRO: Escuela Politécnica Superior 1 ª Convocatoria 23/1/2018 Hora: CENTRO: Escuela Politécnica Superior 2 ª Convocatoria 15/9/2018 Hora: CENTRO: Escuela Politécnica Superior Diciembre 11/12/2017 Hora: 9:0 AULA 2.1 Anotaciones relativas al calendario de exámenes Las fechas de los exámenes parciales se establecen de común acuerdo con el resto de las asignaturas de segundo curso y primer cuatrimestre de la titulación. El primer parcial se ha establecido para el lunes, 27 de noviembre en las dos horas de clase. El segundo parcial será la penúltima o la última semana del cuatrimestre, alrededor del 15 de enero. Los contenidos de cada uno de los parciales dependerá de lo avanzado del temario. TRIBUNALES ESPECÍFICOS DE EVALUACIÓN Y APELACIÓN Curso académico: 2017/2018 Última modificación: de 7

7 Presidente: Vocal: Secretario: Primer suplente: Segundo suplente: Tercer suplente: JUAN FRANCISCO GARCIA MARTIN PABLO RAMIREZ DEL AMO CARLOS BENGOECHEA RUIZ NURIA CALERO ROMERO FRANCISCO CARRANZA MORA EMILIO DIAZ OJEDA ANEXO 1: HORARIOS DEL GRUPO DEL PROYECTO DOCENTE Los horarios de las actividades no principales se facilitarán durante el curso. GRUPO: Grp Clases Teóricas Físico-química. (949173) Calendario del grupo CLASES DEL PROFESOR: FUENTE FERIA, JULIA DE LA Lunes Del 25/09/2017 al 19/01/2018 Hora: De 15:15 a 17:15 AULA 1.5 PLANTA BAJA Martes Del 25/09/2017 al 19/01/2018 Hora: De 16:15 a 17:15 AULA 1.5 PLANTA BAJA Curso académico: 2017/2018 Última modificación: de 7