UNIVERSIDAD DE SONORA Unidad Regional Centro División de Ingeniería Departamento de Ingeniería Química y Metalurgia Asignatura: Equilibrio Químico Clave: 9406 Antecedente: Termodinámica I Consecuente: Cinética Química Créditos: 6 ( 2 h teoría, 2h taller) Modalidad: Semipresencial Horas Semana: 4 Horas curso: 64 Modalidad enseñanza-aprendizaje: Curso/Taller Departamento de Servicio: Ingeniería Química y Metalurgia Eje de formación: Profesionalizante Carácter: Obligatorio Competencias específicas a desarrollar del docente: Identifica, analiza y diagnostica el efecto o impacto de las variables de un proceso físico y/o químico. Analiza y resuelve relacionados con los cambios fisicoquímicos de materia y energía. Conocimiento de las fronteras de la investigación en la Ingeniería Química y sus aplicaciones.
Introducción: La asignatura Equilibrio Químico tiene el objetivo de conocer los fundamentos de energía libre y equilibrio termodinámico y aplicarlos en las transformaciones físicas y químicas de relevancia en Ingeniería Química y áreas afines. En la primera unidad se presenta el concepto de energía libre, su utilización como criterio de equilibrio termodinámico y su aplicación en el análisis de transformaciones físicas de materiales puros En la segunda unidad se presenta la aplicación del concepto de energía libre en el análisis del equilibrio termodinámico de reacciones químicas. En la tercera unidad se presenta la aplicación del concepto de energía libre en el análisis del comportamiento termodinámico de soluciones. En la cuarta unidad se presentan las propiedades coligativas de las soluciones. En la quinta unidad se presenta la regla de las fases y su aplicación en sistemas de un componente, dos componentes y tres componentes. Propósito: Esta materia proporciona conocimientos básicos para cursar las asignaturas profesionalizantes: Cinética Química y Diseño de Reactores así como otras asignaturas donde se involucran reacciones químicas y/o procesos de separación de mezclas homogéneas. Objetivo General: Conocer y aplicar conceptos de energía libre y equilibrio termodinámico en el análisis de procesos físicos y químicos. Objetivos Específicos: 1. Conocer y aplicar el concepto de energía libre 2. Conocer y aplicar el concepto de equilibrio termodinámico 3. Aplicar los conceptos anteriores en el análisis de: a) Transformaciones físicas de sustancias puras b) Reacciones químicas c) Soluciones d) Propiedades coligativas e) Regla de las fases 4. Utilizar las tecnologías de la información y la comunicación para la realización y discusión de trabajos extraclase de temas específicos. 5. Utilizar la comunicación oral y escrita en español e inglés en la realización y discusión de trabajos extraclase sobre temas específicos
Unidad de Competencia I. Energía libre y equilibrio 1.1. Introducción 1.2. Energía libre de Helmholtz 1.3. Energía libre de Gibbs 1.4. Cambios de energía libre 1.5. Fugacidad y actividad 1.6. Criterios de equilibrio 1.7. Equilibrio físico de sustancias puras 1.8. Presión de vapor Unidades de Competencias Unidad de Competencia II. Equilibrio químico 2.1. Isoterma de reacción 2.2. Energía libre de formación 2.3. Constante de equilibrio termodinámico 2.4. KP y KC de reacciones gaseosas 2.5. Propiedades de la constante de equilibrio 2.6. Equilibrio en sistemas de gases 2.7. Principio de Le Chatelier 2.8. Ejemplos representativos 2.9. Efecto de gases inertes 2.10. Equilibrio de reacciones heterogéneas 2.11. Efecto de la presión 2.12. Efecto de la temperatura sobre Ka, KP y KC Unidad de Competencia III. Soluciones 3.1. Introducción 3.2. Tipos de soluciones 3.3. Propiedades termodinámicas 3.4. Energía libre de mezcla 3.5. Condición de equilibrio 3.6. Equilibrio solución-vapor 3.7. Soluciones ideales 3.8. Soluciones reales 3.9. Mezclas binarias miscibles 3.10. Mezclas binarias parcialmente miscibles 3.11. Mezclas binarias inmiscibles 3.12. Solubilidad de gases de líquidos 3.13. Ley de distribución de Nernst
Unidad de Competencia IV. Propiedades coligativas de las soluciones 4.1. Introducción 4.2. Soluciones no-electrolíticas 4.3. Descenso de la presión de vapor 4.4. Aumento del punto de ebullición 4.5. Descenso del punto de congelación 4.6. Osmosis y presión osmótica 4.7. Soluciones electrolíticas 4.8. Propiedades coligativas de soluciones electrolíticas 4.9. Ecuación de Van't Hoff Unidad de Competencia V. Regla de las fases 5.1. Introducción 5.2. Reglas de las fases 5.3. Sistemas de un solo componente 5.4. Sistema de dos componentes 5.5. Sistemas de tres componentes Evaluación: criterios generales para la acreditación del curso: Exámenes (3 parciales) 80% Tareas, participación y asistencia 20% Bibliografía: Alberty R.A. y Daniels M. F., Fisicoquímica; CECSA. Atkins P. W., Fisicoquímica; Fondo Educativo Iberoamericano. Laidler K.J. y Meiser J.H., Fisicoquímica. CECSA Levine I. N., Fisicoquímica; McGraw-Hill Maron S.H. y Prutton C.F., Fundamentos de la Fisicoquímica; Limusa Smith E. B., Basic Chemical Thermodynamics; Oxford Science Publications Tipo (básica o complementaria) Básica Básica
Desarrollo de las competencias Resultados del aprendizaje Actividades educativas SEMANA 1 Volumen de trabajo del estudiante calculado en horas Evaluación Revisar los principales conceptos presentados en el curso de Termodinámica I Aplicación de examen diagnóstico y discusión grupal de las respuestas a los reactivos correspondientes 4 Tarea 1: Conocer los conceptos de energía libre de Helmholtz y energía libre de Gibbs y aplicarlos como criterios de equilibrio termodinámico Aplicar los conceptos anteriores en el cálculo de los cambios de energía libre en diferentes tipos de sistemas Conocer y aplicar los conceptos de actividad y fugacidad Aplicar el concepto de energía libre al equilibrio de transformaciones físicas de sustancias puras Conocer los conceptos de isoterma de reacción y constante de equilibrio Conocer y aplicar los conceptos de energía libre de formación y energía libre de reacción Conocer las diferentes formas para expresar la constante de equilibrio. Conocer y aplicar las propiedades de la constante de equilibrio SEMANA 2 SEMANA 3 SEMANA 4 SEMANA 5 SEMANA 6 SEMANA 7 SEMANA 8 4 4 Tarea 2: Tarea 3: 4 Tarea 4: 4 Tarea 5: 4 1) Tarea 6: 2) Primer examen parcial 4 Tarea 7:
Aplicar el concepto de constante de equilibrio para al análisis del comportamiento de reacciones homogéneas en fase gaseosa Aplicar el concepto de constante de equilibrio para al análisis del comportamiento de reacciones heterogéneas Conocer el efecto de la temperatura sobre la constante de equilibrio Conocer la clasificación de las soluciones y la aplicación de las diferentes propiedades termodinámicas en este tipo de sistemas Conocer el concepto de energía libre de mezcla y condición de equilibrio. Aplicar el concepto de energía libre al equilibrio soluciónvapor en soluciones ideales y en soluciones reales Conocer los diferentes tipos de miscibilidad de soluciones binarias. Solubilidad de gases en líquidos y ley de distribución de Nernst Conocer las propiedades coligativas de las soluciones Conocer y aplicar la regla de las fases en sistemas de uno, dos y tres componentes SEMANA 9 SEMANA 10 SEMANA 11 SEMANA 12 SEMANA 13 SEMANA 14 SEMANA 15 maestro. Discusión grupal SEMANA 16 Revisión bibliográfica que incluya los puntos previamente señalados 4 Tarea 8: 4 Tarea 9: 4 Tarea 10: 4 1)Tarea 11: Resolución de 2) Segundo examen parcial 4 Tarea 12: 4 Tarea 13: 4 Tarea 14: 4 Tarea 15: 4 1)Tarea 16: Entrega de reporte de revisión bibliográfica 2)Tercer examen parcial PERFIL ACADÉMICO DESEABLE DEL RESPONSABLE DE IMPARTIR LA ASIGNATURA Doctorado con énfasis en Fisicoquímica y experiencia en investigación