UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS Y FARMACIA ESCUELA DE QUÍMICA DEPARTAMENTO DE FISICOQUÍMICA INFORMACIÓN GENERAL PROGRAMA DE FISICOQUÍMICA I No. De Código: 051225 Créditos: 4 3 períodos de 1 hora de teoría semanal 2 períodos de 1 hora de laboratorio semanal Semestre: Primer Semestre de 2009 Ciclo: Quinto Requisitos: Análisis Inorgánico II (041124) Física III (041111) Matemática IV (041112) Carreras: Licenciatura en Química Docente: Lic. Omar Ernesto Velásquez González Instructores de laboratorio: Br. William Quiroa Período del Curso: 18 de enero al 7 de mayo de 2010 Horario: Martes y jueves de 14:45 a 15:45 y miercóles de 17:00 a 18:00 horas Aulas: Salón 304 edificio T-12 Ciudad Universitaria, Guatemala, Guatemala
DESCRIPCIÓN DEL CURSO Este curso se encuentra en el principio del área profesional puesto que va dirigido a desarrollar la capacidad del Químico de conocer, comprender, aplicar, analizar, sintetizar y evaluar la herramienta que representa la fisicoquímica (en específico la termodinámica) como parte integral del estudio de la química y en ayuda de las otras áreas de la misma. Por lo anterior se estudian los conceptos básicos de la fisicoquímica, funciones de estado, la primera ley de la termodinámica, la segunda ley de la termodinámica, la tercera ley de la termodinámica, el equilibrio de las reacciones químicas, equilibrios de fase, fenómenos de superficie, termoquímica de soluciones, celdas electroquímicas y el potencial electroquímico, así como la ecuación de Nerst. OBJETIVOS: General Que el estudiante entienda y aplique los conceptos termodinámicos para poder controlar las reacciones químicas y los fenómenos físicos que ocurren en diversos procesos que se realizan en la carrera, de manera que estos conceptos puedan ser utilizados para tomar decisiones en base a su análisis, síntesis y evaluación. Específicos Nivel Cognicitivo Que el estudiante 1. Utilice la herramienta matemática adecuada, obtenida en los cursos fundantes, en las deducciones y aplicaciones propias de la termodinámica. 2. Conozca los principios básicos que rigen la termodinámica 3. Defina y utilice correctamente las distintas funciones de estado presentadas en el curso 4. Conozca, entienda y utilice correctamente la primera ley de la termodinámica en los procesos pertinentes 5. Conozca, entienda y utilice correctamente la segunda y tercera ley de la termodinámica en los procesos pertinentes 6. Conozca, entienda y utilice correctamente la definición termodinámica de equilibrio (así como los conceptos que de este se desprenden) en los procesos pertinentes
Nivel Psicomotriz Que el estudiante 1. Utilice elementos matemáticos en el estudio de la termodinámica 2. Diseñe y construya sistemas a nivel de laboratorio capaces de establecer las funciones de estado termodinámicas necesarias para controlar un proceso Nivel Afectivo Que el estudiante 1. Aprecie la importancia de la termodinámica en los distintos procesos físicos y químicos tanto naturales como antrópicos METODOLOGÍA: Conferencias magistrales, que estarán a cargo del Profesor y serán tres veces por semana con una duración de 60 minutos c/u. Prácticas de laboratorio, que tendrán una duración de dos horas una vez por semana. Es necesario un mínimo de 80% de asistencia a las prácticas para tener derecho a nota de laboratorio. Guías de estudio, ejercicios y revisiones bibliográficas Realización de tareas para cada día de clase de teoría Actividades de investigación y aplicación práctica de la termodinámica Exámenes, que serán efectuados en las fechas programadas por la Facultad, salvo causa de fuerza mayor y que sea acordado e informado con suficiente anticipación. CONTENDIDOS PROGRAMÁTICOS POR UNIDADES 1) Conceptos Básicos de la Fisicoquímica 2) Funciones de estado 3) Primera ley de la termodinámica 4) Segunda ley de la termodinámica 5) Tercera ley de la termodinámica 6) Equilibrio de las reacciones químicas 7) Equilibrios de fases 8) Fenómenos de superficie 9) Termoquímica de soluciones 10) Electroquímica
PROGRAMACIÓN ESPECÍFICA POR UNIDADES: TÍTULO DESCRIPCIÓN % Los conceptos básicos de la Definición de Fisicoquímica, Termodinámica, Temperatura y ley cero, el 3 fisicoquímica mol, funciones extensivas e intensivas, Definición de isotérmico, adiabático, Energía de enlace, actividad del enlace, aditividad de grupo. Funciones de estado Definición de función de estado, ejemplos de funciones de estado, utilidad 5 Primera ley de la termodinámica Segunda ley de la termodinámica Tercera ley de la termodinámica Equilibrio de las reacciones químicas de las funciones de estado Mecánica clásica, Trabajo y energía, Trabajo P V reversible, Trabajo P V irreversible, Calor, Energía interna y primera ley de la termodinámica, Conservación de la energía y primera ley de la termodinámica, Entalpía, Capacidades Caloríficas, Los Experimentos de Joule y Joule Thomson, Naturaleza molecular de la energía interna Ciclo de Carnot, Enunciado de Kelvin Planck y enunciado de Clasius, Principio de Carnot, Entropía, Cálculo de las variaciones de Entropía, Entropía (Reversibilidad e Irreversibilidad), Entropía y equilibrio, Interpretación molecular de la entropía, Enfoque axiomático de definición de entropía Funciones normales de Reacción, Estados normales de las sustancias puras, entalpías normales de reacción, Entalpía normal de formación, Ley de Hess, Dependencia de los calores de reacción con las temperaturas. Tercera ley de la termodinámica, Energías de Gibbs normales de reacción, inaccesibilidad del cero absoluto. Tipos de equilibrio, Equilibrio mecánico y equilibrio térmico sin equilibrio material, Entropía y equilibrio, Las funciones de Gibbs y Helmholtz, Relaciones termodinámicas para un sistema en equilibrio, Potenciales químicos, Abstracción del Equilibrio químico termodinámico, Potencial Químico en gases ideales, Equilibrio químico en mezcla de Gases Ideales, Dependencia del equilibrio químico con la temperatura, Cálculos de equilibrio entre mezclas de gases, equilibrios simultáneos, Desplazamiento químico entre gases ideales, 15 15 10 20
Equilibrios de fases Fenómenos de superficie Variación del potencial químico, La regla de las fases, equilibrio de fases para sistemas de un componente, Ecuación de Clasius Claperyon, Transiciones de fase Interfase, Interfases curvas, Termodinámica de superficies, Películas superficiales en líquidos, Coloides 7 5 Termoquímica de soluciones Composición de una disolución, Magnitudes molares parciales, Magnitudes de mezcla, Determinación de magnitudes molares parciales, Disoluciones ideales, Propiedades termodinámicas de disoluciones ideales, Disoluciones diluidas ideales, Propiedades termodinámicas de las Disoluciones diluidas ideales, Disoluciones no ideales, actividades y coeficientes de actividad, Teoría de Debye Hückel en Disoluciones de electrolitos, propiedades coligativas, Diagramas de fases, Estructura de los diagramas de fase Electroquímica Sistemas Electroquímicos, Termodinámica de los procesos electroquímicos, Celdas electroquímicas, Potencial electroquímico, Termodinámica de las celdas electroquímicas, Ecuación de Nerst, potenciales normales de electrodo, Aplicación de medidas de FEM, Equilibrio de membrana 10 10 Gases Ideales: Ley de Boyle, Ley de Charles, Ley de Gay Lussac, Ley de los gases ideales, Ley de Dalton, Gases perfectos y la primera ley
EVALUACIÓN 1ero. 2do. 3ero. Tres exámenes parciales 45 puntos ( 15, 15 y 15 ) Trabajo de Investigación / Aplicación práctica 05 puntos Laboratorio 15 puntos Elaboración de reseñas 05 puntos ------------------ Zona 70 puntos Examen final 30 puntos Total 100 puntos NOTA 1: La evaluación parcial podría contar con una porcentaje basado en exámenes cortos realizados en clase. NOTA 2: Para promover el curso se requiere que la NOTA DE PROMOCIÓN sea de 61 puntos como mínimo, de acuerdo al Artículo No. 46 del Reglamento de Evaluación y Promoción Estudiantil de la Facultad de CC.QQ. y Farmacia. BIBLIOGRAFÍA Libros guía recomendados: Levine, I, Fisicoquímica, 4º ed. Vol 1, McGraw Hill, Madrid, 1996 Libros de consulta Atkins, PW Fisicoquímica. Fondo Educativo Interamericano, S.A. México 1985 Leiden K, et al. Fiscoquímica, CECSA, México 1999 Castellón, G. W. Fisicoquímca, Addison Esley Iberoamericana, México 1986 Adamson A. Physical Chemistry. 2ª edición. Academic Press, New York. United States of America 1979 Noggle J. Physical Chemistry. Little, Brown and Company. Boston, United States of America. 1985 OEVG/oevg