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1 Programa elaborado por: PROGRAMA DE ESTUDIO FISICOQUÍMICA Programa Educativo: Área de Formación : Licenciatura en Física Transversal Horas teóricas: 4 Horas prácticas: 0 Total de Horas: 4 Total de créditos: 8 Clave: F1242 Tipo : Asignatura Carácter de la optativa asignatura Dr. Tito A. Ocaña Zurita Fecha de elaboración: Agosto de 2004 Fecha de última actualización: Julio de 2010 Seriación explícita Asignatura antecedente No Asignatura Subsecuente Seriación implícita Conocimientos previos: No Conocer los conceptos del Trabajo Mecánico y Calor; Las tres primeras leyes de la termodinámica y la Entropía. Presentación Se entiende por fisicoquímica al aérea de la termodinámica encargada de estudiar las propiedades físicas y químicas de F1242 Fisicoquímica 1/10

2 la materia; incluye campos como el de los sistemas termodinámicos cerrados puros o heterogéneos y el de sistemas abiertos. Es un campo de gran utilidad por su aplicación en la industria petrolera, en el desarrollo de tecnologías alternas de generación de energía y en el desarrollo de nuevos materiales. Este curso es de carácter informativo al ofrecer un panorama de temas generales de las transiciones de fase en materiales puros, tales como la licuefacción y los procesos de fusión y ebullición. Las leyes de Dalton para mezcla de gases ideales, las leyes de Gibbs y las ecuaciones de equilibrio químico, de acción de masas y la de Nernst; las reglas de fase de Gibbs para sistemas heterogéneos y la tercera ley de la termodinámica. Esta asignatura es optativa y requiere que el alumno haya cursado las asignaturas de Mecánica Analítica y Termodinámica Objetivo General Comprender los principios básicos de los fenómenos de cambio de fase y los mecanismos de enfriamiento y licuefacción. Comprender las leyes de Dalton para gases ideales y los principios en que se basan las reacciones químicas. Entender las consecuencias de la tercera ley de la termodinámica. Competencias que se desarrollaran en esta asignatura Conocimiento Adquisición de los conocimientos básicos para explicar los fenómenos físicos de cambio de fases (lluvia, enfriamiento o calentamiento con climas artificiales, licuefacción de gases). Habilidades Capacidad de trabajar en equipo con profesionales de la química y de la industria petrolera. Para establecer semejanzas, analogías y relaciones entre variables. Para formular preguntas e hipótesis. Para interpretar y elaborar modelos. Actitudes Búsqueda de explicaciones racionales. Registrar, ordenar, analizar e interprtetar la información. F1242 Fisicoquímica 2/10

3 Abstracción e innovación. Compartir y discutir información. Disciplina y hábito de estudio. Valores Ética profesional Respeto. Responsabilidad. Honestidad. Competencias del perfil de egreso que apoya esta asignatura Generará y aplicará los principios, leyes, métodos y técnicas de la física en el campo experimental para comprender y explicar fenómenos relacionados con el campo profesional. Generará y aplicará conocimiento científico en el campo de la física teórica para comprender y explicar fenómenos relacionados con el campo profesional. Escenario de Salón de clases, biblioteca, sala de cómputo, trabajo de campo, conferencias. Perfil sugerido del docente Ideal: Dr. en Física (Especialidad en termodinámica), Dr. en Química. Sugerido: Lic. en Física con experiencia en Termodinámica. F1242 Fisicoquímica 3/10

4 Contenido Temático 1 ESTABILIDAD DE SISTEMAS TERMODINÁMICOS Objetivo particular Comprender el significado físico de los criterios de estabilidad Hrs. Estimadas Estabilidad intrínseca de los sistemas de un solo componente 1.2 Estabilidad mutua de los sistemas de un solo componente 1.3 El principio de Le Châtelier-Braun. 1.4 Estabilidad intrínseca de los sistemas generales Comprender los criterios y argumentos en que se sustenta la estabilidad Termodinámica de un sistema. Comprender la importancia del principio de máxima Entropía. salón y conferencias. Examen escrito Evaluación de las exposiciones. 2 ESTABILIDAD DE SISTEMAS TERMODINÁMICOS Objetivo particular Comprender el significado físico de los criterios de estabilidad Hrs. Estimadas 10 F1242 Fisicoquímica 4/10

5 2.1 Estabilidad intrínseca de los sistemas de un solo componente 2.2 Estabilidad mutua de los sistemas de un solo componente 2.3 El principio de Le Châtelier-Braun. 2.4 Estabilidad intrínseca de los sistemas generales Comprender los criterios y argumentos en que se sustenta la estabilidad Termodinámica de un sistema. Comprender la importancia del principio de máxima Entropía. salón y conferencias. Examen escrito Evaluación de las exposiciones. 3 SUSTANCIAS PURAS Objetivo particular Conocer las ecuaciones canónicas de los potenciales termodinámicos para una sistema homogéneo. Calcular algunas propiedades físicas asociadas a ellos. Hrs. Estimadas Entalpía 3.2 Funciones de Helmholtz y de Gibbs. 3.3 Relaciones de Maxwell 3.4 Ecuaciones TdS 3.5 Ecuaciones de la Energía 3.6 Ecuaciones de las capacidades caloríficas Conocer el procedimiento de transformación de Legendre para obtener los potenciales termodinámicos. Calcular las relaciones de Maxwell e identificar las ecuaciones de la exposiciones orales en el salón y conferencias. Examen escrito Evaluación de las exposiciones. F1242 Fisicoquímica 5/10

6 3.7 Coeficiente de dilatación térmica 3.8 Compresibilidad primera ley en cada representación. 4 CAMBIOS DE FASE EN SISTEMAS HOMOGÉNEOS Objetivo particular Comprender el comportamiento de las sustancias puras durante una transición de fase. Comprender los tres ordenes de Transformación de fase. Hrs. Estimadas Diagramas de Gibbs 4.2 Cambios de fase de primer orden 4.3 Ecuación de Clapeyron 4.4 Estados metastables en las transiciones de fase 4.5 Fusión, vaporización y sublimación 4.6 Ecuación de Kirchhoff 4.7 Efecto Joule-Kelvin 4.8 Estado crítico 4.9 Cambios de fase de orden superior 4.10 Teoría de Tisza de las transiciones de fase de Conocerá las condiciones físicas que rigen las transformaciones de fases. Conocerá las dificultades para calcular los calores de sublimación. Distinguirá los tres ordenes de transformación de fase para una sustancia pura salón y conferencias Examen escrito Evaluación de las exposiciones F1242 Fisicoquímica 6/10

7 segundo orden 4.11 Teoría de Ehrenfest de las transiciones de fase de segundo orden 4.12 Helio líquido y sólido 5 SISTEMAS ABIERTOS Y MEZCLAS DE GASES IDEALES Objetivo particular Conocer las distintas clasificaciones de los sistema termodinámico Conocer las leyes de Dalton para una mezcla de gases ideales en un sistema cerrado Hrs. estimadas Ley de Dalton 5.2 Membrana semipermeable 5.3 Teorema de Gibbs 5.4 Entropía de una mezcla de gases ideales inertes 5.5 Función de Gibbs de una mezcla de gases perfectos inertes 5.6 Equilibrio termodinámico 5.7 Equilibrio Químico 5.8 Equilibrio Mecánico Equilibrio Químico Conocerá la diferencia entre sistemas cerrados y abier-tos. Conocerá la ley de Dalton para una mezcla de gases ideales. Las leyes de suma de presiones parciales. Conocerá el teorema de Gibbs y cómo extender la segunda ley para mezclas de gases ideales. salón y conferencias Examen escrito Evaluación de las exposiciones F1242 Fisicoquímica 7/10

8 5.8.2 Equilibrio Mecánico Equilibrio Térmico Extenderá los criterios de equilibrio para estas mezclas. 6 REACCIONES QUÍMICAS CON GASES IDEALES Objetivo particular Conocer el formalismo que describe el equilibrio termodinámico de una mezcla de gases ideales cuando existen reacciones químicas entre sus componentes Hrs. estimadas Ecuación de reacción en equilibrio 6.2 Ley de acción de masas 6.3 Constante de equilibrio 6.4 Calor de reacción 6.5 Ecuación de Nernst 6.6 Afinidad 6.7 Desplazamiento del equilibrio 6.8 Capacidad calorífica de los gases reaccionantes Conocerá las condiciones que satisfacen los sistemas cerrados heterogéneos cuando existen reacción química entre ellos. Sabrá utilizar la llamada ley de acción y reacción en equilibrio para conocer los Ph de las reacciones. Será capaz de calcular el calor y las velocidades de reacción. salón y conferencias Examen escrito Evaluación de las exposiciones F1242 Fisicoquímica 8/10

9 7 DIAGRAMAS DE FASE DE SISTEMAS HETEROGÉNEOS Objetivo particular Conocer los distintos tipos de diagramas de equilibrio para sistemas heterogéneos y aplicar las reglas de Gibbs para las fases en estos sistemas. Hrs. estimadas Ecuaciones termodinámicas para un sistema heterogéneo. 7.2 Regla de las fases sin reacción química 7.3 Regla de las fases con reacción química 7.4 Aplicaciones a sistemas simples 7.5 Determinación del número de componentes 7.6 Desplazamiento del equilibrio Aprenderá a utilizar el método de multiplicadores de Lagrange para describir el estado de equilibrio un sistema heterogéneo. Aprenderá a aplicar las reglas de fase de Gibbs con o sin reacción química. exposiciones orales en el salón y Conferencias Examen escrito Evaluación de las exposiciones 8 TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Objetivo particular Conocer el postulado de Nernst y sus consecuencias. F1242 Fisicoquímica 9/10

10 Hrs. estimadas La tendencia a cero de las capacidades caloríficas a temperatura muy bajas 8.2 Postulado de Nernst. 8.3 Consecuencias de la tercera ley de la termodinámica. Conocer las dificultades para obtener temperaturas muy baja. Conocer las implicaciones de la existencia de temperaturas absolutas negativas. salón y Conferencias Examen escrito Evaluación de las exposiciones Bibliografía Básica 1. Atkins. (1986). Fisicoquímica, Fondo Educativo Interamericano : México. 2. Zemansky (1985). Calor y termodinámica: McGraw-Hill, México. 3. L. García Colín (1990). Introducción a la termodinámica clásica: Editorial Trillas, México. 4. L. García Colin (1990). Termodinámica de procesos irreversibles: UAM. Bibliografía complementaria 1. Van Wylen, Sonntag (1985). Fundamentals of classical thermodynamic: Wiley. F1242 Fisicoquímica 10/10

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