FIS ICOQUÍ MI CA. Dr. CARLOS GIÚDICE Profesor Titular. Avda 60 esq124 T el / Fax (0221) /

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1 FIS ICOQUÍ MI CA Dr. CARLOS GIÚDICE Profesor Titular Avda 60 esq124 T el / Fax (0221) /

2 CARRERA Ingenierìa Quìmica DI S EÑO CURRICULAR: 1995 ORDENANZ A C.S UP`. Nº 768 DEPART AMENT O: Ingeniería Química APROBACI ÓN C A RES De la CURRI CULA S I AS I GNAT U R A F I S I COQU Í MI CA P R OGR AMA S I NT ÉT I CO 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 ANUAL S I NI VEL...Tercer Año T OT AL DE HORAS (mínimo) HORAS.S EMANALES...4 (mínimo) l OB S E R VACI ONE S OBJET I VOS DE LA AS I GNAT URA Comprender y aplicar la termodinámica de multicomponentes, la termodinámica química y los fenómenos fisicoquímicos. Proyectarlos hacia su aplicación industrial. VI GENCI A des de 1995

3 E QU I P O DOCE NT E DI RECT OR DE CÁTEDRA: Profesor Titular Ordinario (DS ) Dr. C.A. Giúdice NÚMERO DE DIVISIONES: 1 (una) PROFES OR A CARGO : J.T.P. (DS) Dr. J.C. Benítez Ayudante alumno (ad honorem): Sr. Adrián Fasio AR T I CU L ACI ÓN CON OT RAS ASIGNATURAS AS I GNAT URAS O CONOCI MI ENT OS CON QUE SE VINCULA Horizontal: Termodinámica Vertical (anterior): Química Gener al, Química I nor gánica, Química Orgánica, Integración I y I I Vertical (posterior): Integración I I I y IV, Operaciones Unitarias I y I I, Tecnología de la ener gía tér mica, Ingeniería de los Materiales. CORRELATIVAS PARA CURS AR CURS ADAS : 9. Química I nor gánica; 10. Análisis Matemático I I, 11. Física I I APROBADAS : 4. Análisis Matemático I ; 6. Química Gener al CORRELATIVAS PARA RENDI R EXAMEN FI NAL APROBADAS 9. Química I nor gánica; 14. Termodinámica, 10 Análisis Matemático I I, 11 Física I I P R OGR AMA ANAL Í T I CO B I B L I OGR AF Í A GENER AL OBLI GAT ORI A - Atkins C. Química física, Ed. Addison Wesley, 3ra.ed., Méjico, Glasstone S., Lewis D. Elementos de Química Física- Ediciones El Ateneo, 5ta reimpresión, Bs.As., Argentina, Levine I. Fisicoquímica, Ed. Mc Graw-Hill, tomos I y II, Mejico, COMPLEMENT ARI A - Castellan G. Fisicoquímica, Ed. Addison Wesley, 2da ed., Méjico, Barrow G. M. Química física, Editorial Reverté, 3ra ed., Barcelona, España, Criado-Sancho M., Casas-Vazquez J. Termodinámica Química de los Procesos Irreversibles, Ed. Addison-Wesley. Madrid, España, Palmer W. G. Química Física Experimental. Ed. EUDEBA, Bs As Upadhyaya, G.S., Dube, K.K. Problemas de termodinámica y cinética en metalurgia. Ed. Géminis, Buenos Aires, 1978.

4 - Rotstein E., Fornari, R.E. Termodinámica de procesos industriales. Ed. Edigem., Buenos Aires, UNIDAD TEMÁTICA: DE S AR R OL L O 1. Introducción a la fisicoquímica. Naturaleza de los problemas. Método científico. Hipótesis y teoría. Relación de la fisicoquímica con otras ciencias. Tiempo asignado: Objetivos de la UT: Presentación de la materia. Discusión de su importancia. Vinculación horizontal y vertical de la materia. Establecer una distinción entre los terminos hipótesis y teoría. Aplicación del método científico. 2. Propiedades de los gases. Leyes de los gases. cinética. Capacidad calorífica. Gases reales. Densidad de los gases. y pesos moleculares. Tiempo asignado: 8 horas Objetivos de la UT: Establecer la ley de Boyle, la ley de Charles o 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. Medición de la densidad de los gases y determinación de los pesos moleculares. Determinar la capacidad calorífica de moléculas poliatómicas. 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. Tiempo asignado: 16 horas Objetivos de la UT: 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 ecuaciones de Lavoisier-Laplace. Análisis de procesos reversibles: trabajo máximo en la expansión isotérmica de un gas y en cambios de fase. Interpretar la ecuación de Kirchhoof para la evaluación del efecto de la temperatura sobre el calor de reacción. 4. Segunda ley de la termodinámica. Entropía. Funciones energía libre y trabajo máximo. Fases en equilibrio: ecuación de Clausius Clapeyron. Ecuación de Gibbs-Helmholtz. Tiempo asignado: 8 horas Objetivos de la UT: Establecer la Segunda Ley de la Termodinámica. Definir el cambio de entropía para un sistema de referencia. Establecer y justificar la desigualdad de Claussius, y demostrar que los cambios espontáneos van

5 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 Claussius-Clapeyron. Definir la función de Helmholtz y la función de Gibbs. 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, interfacial y viscosidad. Tiempo asignado: 1 Objetivos de la UT: 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 6. Soluciones diluidas. Descenso de la presión de vapor. Elevación del punto de ebullición. Descenso del punto de congelación. Osmosis y presión osmótica. Soluciones ideales y no ideales. Tiempo asignado: 8 horas Objetivos de la UT: Establecer la ley de Raoult para la presión parcial de vapor de un componente de una mezcla. 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, y explicar cómo se puede medir. Definir los estados standard para los componentes de disoluciones ideales y reales. 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. Tiempo asignado: 12 horas Objetivos de la UT: 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

6 tercera ley de la Termodinámica. Determinar la entropía por mediciones de temperatura. 8. Equilibrio de fases. Regla de las fases. Soluciones de gases en líquidos. Mezclas de dos líquidos. Sistemas gas-sólido. Sistemas sólido-líquido. Sistemas de tres componentes. Multicomponentes Tiempo asignado: 18 horas Objetivos de la UT: 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 líquidosólido y explicar el término eutéctico, fases condensadas. Interpretar los diagramas de tres componentes para líquidos parcialmente miscibles y para disoluciones de dos sales. Transparencias y/o diapositivas y/o textos y figuras archivadas en disketes 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. Tiempo asignado: 11 horas Objetivos de la UT: 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. 10.Fuerza electromotriz. Elementos galvánicos. Variación de energía libre en pilas. Potencial de electrodos reversibles. Pilas de concentración. Descarga de iones. Curvas de polarización. Sobretensión. Tiempo asignado: 1 Objetivos de la UT: Explicar los términos pila galvánica y pila electrolítica, y 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 y explicar la forma de medirla. Definir el término FEM standard de una pila y relacionarla con la constante de equilibrio de la reacción. Utilizar la serie electroquímica. Celdas electrolíticas: sobrepotenciales

7 Transparencias y/o diapositivas y/o textos y figuras archivadas en disketes 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. Tiempo asignado: 8 horas Objetivos de la UT: Definir la actividad, el coeficiente de actividad y el coeficiente de actividad medio de iones en solución. Describir el fundamento físico de la teoría de Debye-Huckel 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 Materiales Curriculares: Tiza y pizarrón RESUMEN y Seminarios: 120 horas Trabajos prácticos de Laboratorio: 9 horas Consultas y Trabajo Especial: 19 horas Evaluación de Parciales: 12 horas Tiempo total asignado: 160 horas Not a: Se dict an semanales durante 32 semanas P L ANI F I CACI ÓN DE CÁTEDRA CR ONOGR AMA U NI DAD Y /O T E MA ACT I VI DADE S T I E MP O Introducción a la fisicoquímica Propiedades de los gases y Seminario I. y Seminario II. cinética Gases reales 1 hora 2 horas 1ª Ley de la Termodinámica 1ª Ley de la termodinámica Seminario III Termoquímica Termoquímica I y II Seminarios IV y V 2ª Ley de la Termodinámica 2ª Ley de la Termodinámica Seminario VI. Unidades 1 a 4, y Trabajo Especial Consulta 2 horas Licuación de los gases Propiedades de los líquidos Licuación de los gases y propiedades Seminario VII. de los líquidos Soluciones diluidas Soluciones diluidas Seminario VIII Energía libre y equilibrio químico Energía libre y equilibrio químico Seminarios IX y X 7 horas Unidades 5-7 y Trabajo Especial Consulta 2 horas

8 Unidades 1 a 7 Primera evaluación parcial 6 horas 1ª Recuperación Equilibrio de fases Equilibrio de fases Seminarios XI y XII 1 Tensión superficial Práctica de Laboratorio I Conductancia de los electrolitos Conductancia de los electrolitos Seminario XIII 8 horas Unidades 8 9 y Trabajo Especial Consulta 2 horas Fuerza electromotriz Fuerza electromotriz Seminario XIV 10 horas Viscosimetría Práctica de laboratorio 2 Unidad 10 y Trabajo Especial Consulta 2 horas Equilibrio en electrolitos Equilibrio en electrolitos Seminario XV de la combustión Práctica de Laboratorio 3 Unidad 11 y Trabajo Especial Consulta Comisiones 1 a 3, Trabajo Especial Presentación de manuscritos 2 horas Comisión 1. Pila seca recargable Presentación oral 6 horas Comisión 2. Licuación de un gas Comisión 3. Pila de agua Unidades 8 a 11 Segunda evaluación parcial 6 horas 1ª Recuperación TOTAL 160 horas P L ANI F I CACI ÓN DE CÁTEDRA ME T ODOL OGÍ A DI DÁCT I CA Clases dictadas por el personal de la cátedra con participación activa de los alumnos, particularmente en la resolución de los seminarios. Se realizan trabajos de investigación en comisiones;. cada año los docentes de la Cátedra, seleccionan los items básicos de investigación. Los grupos conformados por 4 o 5 alumnos eligen el tema de su preferencia entre ellos, realizan una búsqueda bibliográfica y por INTERNET, y redactan un manuscrito. Se asignan días de consulta, en el horario de la cátedra, para responder las inquietudes, auscultar y guiar la marcha de los trabajos (ver cronograma). E VAL U ACI ÓN - Dos exámenes parciales y sus respectivos recuperatorios, en el horario de la Cátedra, que deben ser aprobados durante el ciclo lectivo. Calendario Seminarios Primer parcial: Primera fecha, 3 martes-07 2 martes- 08 Primer recuperatorio, 2 martes-08 4 martes- 08 Segundo recuperatorio, 4 martes-08 1 martes- 09

9 Segundo parcial: Primera fecha, 4 martes-11 1 martes- 12 Primer recuperatorio, 2 martes-12 3 jueves- 02 Segundo recuperatorio, 4 jueves-02 4 jueves- 02 NOTA: En forma previa a cada evaluación, los alumnos deben entregar para su aprobación la carpeta completa de seminarios. - Trabajo de investigación en comisiones, presentación oral y en forma de manuscritos. Calificación individual y por grupos. (ver recursos auxiliares necesarios). R E CU R S OS AUXILIARES NECESARIOS - Insumos para prácticas en Laboratorio de Fisicoquímica (CIDEPINT, CIC- CONICET), laboratorio externo por convenio. - Biblioteca - Proyector de transparencias - Cañon y PC portátil para la proyección de imágenes por computación - Pantalla para la proyección de transparencias - Proyector de diapositivas - Página WEB de la Cátedra Fisicoquímica, Departamento de Ingeniería Química, UTN Facultad Regional La Plata, www: // frlp.utn.edu.ar PLANIFICACIÓN DE CÁTEDRA FORMACIÓN PRÁCTICA HORAS DE FORMACIÓN EXPERIMENTAL: Laboratorio 9 h. HORAS DE RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE INGENIERÍA: Seminarios 30 h. HORAS DE PROYECTO Y DISEÑO: Trabajo especial no aulico: Manuscrito HORAS DE PRÁCTICA PROFESIONAL SUPERVISADA: Consultas y Exposición oral 19 h.