Centro de Nanociencias y Nanotecnología Licenciatura en Nanotecnología

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1 PROGRAMA DE ASIGNATURA 1 CLAVE DENOMINACIÓN DE LA ASIGNATURA SEMESTRE 0009 FISICOQUÍMICA QUINTO MODALIDAD CARÁCTER HORAS HORAS/SEMANA CRÉDITOS SEMESTRE TEÓRICAS PRÁCTICAS CURSO, LABORATORIO ETÁPA TIPO ÁREA DE CONOCIMIENTO OPTATIVA ESPECIALIZACIÓN EJE TEMÁTICO DE NANOESTRUCTURAS Y TECNOLOGÍA AMBIENTAL TEÓRICO - PRÁCTICA CIENCIAS BÁSICAS Y MATEMÁTICAS OBJETIVO GENERAL Presentar al alumno conceptos de físico-química, enfatizando la comprensión de los mismos, la adquisición de habilidades para su operación y el manejo de los esquemas formales en que se sustenta. SERIACIÓN OBLIGATORIA O INDICATIVA DE LAS ASIGNATURAS ASIGNATURA ANTECEDENTE ASIGNATURA SUBSECUENTE CALOR, ONDAS Y FLUIDOS TEMAS: # HORAS I Fundamentos de la termodinámica 8 II Propiedades de equilibrio de las sustancias 8 III Capacidad calorífica y termoquímica 10 IV Propiedades de las mezclas 10 V Transiciones de fase y equilibrio entre fases 12 VI Elementos de cinética química 10 VII Teoría de campo estadístico 6 Total horas 64 1 Basado en Programa de la FESC; elaboró parte experimental: Dra. Amelia Olivas 1

2 CONTENIDO TEMÁTICO Unidad Tema Horas clase I 1. Fundamentos de la Termodinámica Postulados fundamentales Estructura de la Termodinámica Condiciones de equilibrio Potenciales termodinámicos y sus principios extremales Condiciones de estabilidad Relaciones de Maxwell. II 2. Propiedades de equilibrio de las substancias 2.1. Gases: Gases ideales Gases reales (desviaciones del gas ideal, punto crítico. Estado líquido y continuidad de estados) Ecuaciones de estado de los fluidos: Ecuación virial Ecuación de Berthelot El estado líquido: Propiedades estructurales Función de distribución radial Fluido de esferas duras Papel de las fuerzas atractivas y repulsivas El estado sólido: Propiedades estructurales Función de distribución radial Ecuación de estado. III 3. Capacidad calorífica y termoquímica 3.1. Fenomenología microscópica: Comportamiento a bajas temperaturas Comportamiento en el punto crítico Modelos microscópicos: Función de participación Modelo de Einstein Modelo de Debye Fluidos ideales Contribuciones de grados de libertad internos Reacciones químicas Cambios energéticos en procesos físicos y químicos: Calores de información Calores de mezclado Calores de reacción Dependencia con la temperatura Ley de Hess Cambios de entropía en procesos físicos y químicos Cambios de energías libres en procesos químicos Princicpio de Le Chatelier. 10 2

3 Unidad Tema Horas clase IV 4. Propiedades de las mezclas 4.1. Potencial químico. Cantidades molares parciales Energía libre y entropía de una mezcla Soluciones ideales Soluciones regulares Soluciones no ideales (fugacidad, actividad, exceso). V 5. Transiciones de fase y equilibrio entre fases 5.1. Estabilidad en sistemas termodinámicos: Fases Orden de transición Sistema monocomponente: Comportamiento de la energía libre Ecuación de Clapeyron Parámetro de orden Punto crítico Diagramas de fase de la mezcla binaria: Fenomenología (diagrama eutéctico, peritéctico, sintéctico, orden-desorden) Diagramas de fase de la mezcla de Van der Waals Diagramas de fase en diversos sistemas: Cristales líquidos, superconductores, etc. VI 6. Elementos de cinética química 6.1. Leyes cinéticas empíricas y mecanismos de reacción Dependencia de la temperatura Teorías de colisiones y de complejo activado Introducción a la catálisis. Fenomenología básica Reacciones complejas (radicales libres, reacciones encadenadas). VII 7. Teoría de campo estadístico 7.1. Teoría del campo promedio, rompimiento espontáneo de la simetría 7.2. Teoría del campo continuo y el grupo de renormalización 6 Bibliografía básica P. W. Atkins, 1991, Fisicoquímica, 3ª Ed., Addison-Wesley, Wilmington-Delawere. R. Stephen Berry, Stuart A. Rice and John Ross, 2000, Physical Chemistry, 2a edición, Oxford University Press. Reino Unido. Gilberth W. Castellan, 1995, Fisicoquímica, 2a edición, Addison-Wesley Iberoamericana. España. Bibliografía complementaria Keith J. Laidler, John H. Meiser, 1997, Fisicoquímica, 2a edición, CECSA: México D.F. 3

4 Ira N. Levine, 1998, Fisicoquímica, 4ª edición McGraw Hill: México D.F. W. Moore, 1972, Physical Chemistry, Ed. Prentice Hall. Estados Unidos. R. Reid., J. Prausnitz, & T. Sherwood, 1977, The Properties of Gases and Liquids, Mc Graw- Hill, Estados Unidos. Claude Itzylcoon & T. Jeam-Michel Drouffe, 1968, Statistical Field Theory, Volume 1 & 2, Cambrigde Monographs on Mathematical Physics. Reino Unido. PRÁCTICAS DE LABORATORIO SUGERIDAS TEMAS # HORAS I Gases 4 II Termoquímica 4 III Presión de vapor de líquidos 4 IV Líquidos inmiscibles 4 V Propiedades parciales 4 VI Propiedades coligativas 4 VII Equilibrio heterogéneo 4 VIII Cinética química 4 Total horas 32 Bibliografía básica de laboratorio Carl W Garland Joseph W Nibler, David P Shoemaker, 1997, Experiments in Physical Chemistry, Sixth edition, Mc Graw Hill. Estados Unidos. M. Urquiza, 1990, Experimentos de fisicoquímica, Limusa-Wiley, México. Daniels Farrinton, 1972, Curso de Fisicoquímica experimental, McGraw-Hill, México. Bibliografía complementaria de laboratorio P. W. Atkins, 1991, Fisicoquímica, 3ª Ed., Addison-Wesley, Wilmington-Delawere. I. N. Levine, 2005, Fisicoquímica, 5a edición, Ed. McGraw-Hill. México. 4

5 SUGERENCIAS DIDÁCTICAS TÉCNICAS DE EVALUACIÓN SUGERIDAS Exposición oral x Exámenes parciales x Exposición audiovisual x Examen final x Ejercicios dentro de clase x Trabajos y tareas fuera del aula x Ejercicios fuera del aula x Prácticas de laboratorio x Lecturas obligatorias x Participación en clase x Prácticas de taller o laboratorio x Desempeño en la clase de teoría 70% Desempeño en el taller o laboratorio 30% ESTRATEGIAS DE ENSEŇANZA Se sugiere dar mayor importancia a la realización completa del diseño experimental que al número de experimentos efectuados. Se busca estimular el ingenio mostrado por el alumno y el trabajo en equipo. PERFIL DE LOS PROFESORES QUE PUEDEN IMPARTIR LA ASIGNATURA: Profesor con estudios de posgrado (maestría o doctorado) en ciencias, ingenierías, o áreas afines con una fuerte preparación en la especialidad de la materia y experiencia o capacitación docente. 5