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QUIMICA FISICA I
  Datos Materia
 

Carrera: LQ - LICENCIATURA EN QUIMICA

Asignatura: PQ021 - QUIMICA FISICA I

Plan de estudios: [LQ]2005(2)

Curso: 3

Numero de Asignatura: 21

Departamento: (7)QUIMICAVer

Modo Cursado: segundo cuatrimestre

Horas Semanales: 8 - [ Ver Horario ]


Correlativas

Para Aprobar
Aprobada:FISICA II
Aprobada:MATEMATICA II
Aprobada:QUIMICA ANALITICA II
Para Cursar
Aprobada:FISICA II
Aprobada:MATEMATICA II
Cursada:QUIMICA ANALITICA II


CUERPO DOCENTE

LOPEZ, Maria Beatriz - Cargo: 1.PROFESOR TITULAR

 

Objetivos:

Generales

 

Que el  alumno logre:

 

-Adquirir los conocimientos teóricos y prácticos de Termodinámica Química necesarios para comprender y analizar cuantitativamente el comportamiento macroscópico de la materia.

 

-Aplicar los conocimientos de Termodinámica y establecer las condiciones de evolución espontánea de los procesos químicos, los intercambios de energía involucrados en estos procesos, las condiciones en las que se alcanza el equilibrio y los factores que lo modifican

 

 

-Adquirir  capacidad de abstracción con la finalidad de tener un manejo adecuado de los métodos matemáticos  y las leyes de la física necesarios para la interpretación de los fenómenos químicos macroscópicos.

 

- Desarrollar un pensamiento objetivo, dando mayor importancia al razonamiento y a la reflexión, antes que a la mecanización y memorización.

 

-Determinar experimentalmente magnitudes químico-físicas mediante técnicas adecuadas y utilizando el instrumental necesario y datos de la literatura, evaluando los errores cometidos y tomando las medidas de seguridad pertinentes.

 

-Apreciar que el actual desarrollo de la ciencia  plantea grandes desafíos, pero los  prioritarios son  los de orden ético y moral antes que científicos.

 

 

 

 

Programa Analítico:

PROGRAMA ANALITICO:

  • Programa de Contenidos teóricos

UNIDAD 1

Gases reales. Desviaciones respecto del comportamiento ideal. Modificación de la desviación del gas ideal. La ecuación de Van der Waals. Isoterma de un gas real. Continuidad de estados. Isotermas de la ecuación de Van der Waals. Estado crítico. Ley de los estados correspondientes. Otras ecuaciones de estado.

Teoría Cinética de los gases. Ley de las presiones parciales de Dalton. Distribuciones y funciones de distribución. Distribución de Maxwell. Cálculo de valores promedios usando la distribución de Maxwell. Distribución de Maxwell como distribución de Energía. Equipartición de la energía. Equipartición y cuantización de la energía. Distribución de Maxwell Boltzman.

UNIDAD 2

Energía y Primera Ley de la Termodinámica. Trabajo y Calor. Trabajo de expansión. Trabajo de compresión, cantidades mínimas y máximas de trabajo. Transformaciones reversibles e irreversibles. Propiedades de la Energía. Cambios energéticos en relación con cambios en las propiedades del sistema. Cambios de estado a presión constante. Relación entre Cp y Cv. Experimento de Joule-Thompson. Cambios adiabáticos de estado.

Termoquímica. Aplicación de la primera Ley de la Termodinámica a reacciones químicas. Calor de reacción. Valores convencionales de H. Reacciones de formación. Determinación de los calores de formación. Ley de Hess. Calores de dilución y solución. Calores de reacción a volumen constante. Dependencia del calor de reacción con la temperatura. Temperatura de llama adiabática. Energías de enlace. Mediciones calorimétricas.

UNIDAD 3

Segunda Ley de la Termodinámica. Aspectos generales. Ciclo de Carnot. Características de un ciclo reversible. Máquina de movimiento perpetuo o de segunda clase. Eficiencia de las máquinas térmicas. Escala termodinámica de temperatura. Ciclo de Carnot con un gas ideal. Refrigerador de Carnot. Definición de entropía.

Entropía y Tercera Ley de la Termodinámica. Propiedades de la entropía. Condiciones para la estabilidad térmica y mecánica de un sistema. Variaciones de la entropía en transformaciones isotérmicas. Regla de Trouton. Relación de los cambios de entropía con los cambios en las otras propiedades del sistema. La entropía como función de la temperatura y el volumen. La entropía como función de la temperatura y la presión. Dependencia de la entropía a la temperatura. Cambios de entropía en un gas ideal. Estado estándar para la entropía de un gas ideal. Tercera Ley de la Termodinámica. Cambios de entropía en reacciones químicas. Entropía y probabilidad. Distribución de energía. Entropía de mezclas y excepciones a la Tercera Ley de la Termodinámica.

UNIDAD 4

Espontaneidad y equilibrio. Condiciones generales para la espontaneidad y el equilibrio. Restricciones. Fuerzas impulsoras de los cambios naturales. Ecuaciones fundamentales de la termodinámica. Ecuación "termodinámica" de estado. Propiedades de A y G. Energía libre de los gases reales. Dependencia de la energía libre con la temperatura.

UNIDAD 5

Sistemas de composición variable. Equilibrio químico. Ecuación fundamental. Energía libre de una mezcla. Potencial químico de un gas ideal puro. Potencial químico de un gas ideal puro. Potencial químico de un gas ideal en una mezcla de gases ideales. Energía libre y entropía de mezcla. Equilibrio químico en una mezcla de gases ideales y reales. Constantes de equilibrio. Energía libre estándar de formación. Dependencia de la constante de equilibrio con la temperatura. Principio de Le Chatellier. Constantes de equilibrio a partir de mediciones calorimétricas. Reacciones químicas y entropía del universo. Dependencia de las otras funciones termodinámicas con la composición. Cantidades molares parciales. Ecuación de Gibbs-Duhem. Cantidades molares parciales en mezclas de gases ideales. Calor diferencial de solución.

UNIDAD 6

Equilibrio de fases en sistemas simples: la regla de las fases. Condición de equilibrio. Estabilidad de las fases de una sustancia pura. Ecuación de Clapeyron. Aplicaciones. El diagrama de fases. Diagramas de fases para CO2 y H2O. Diagrama de fases del Azufre. Integración de la ecuación de Clapeyron. Efecto de presión sobre la presión de vapor. La regla de las fases. El problema de los componentes.

UNIDAD 7

Soluciones. Clases de soluciones. Definición de la solución ideal. Forma analítica del potencial químico en soluciones líquidas ideales. Potencial químico del soluto en una solución ideal binaria. Aplicación de la ecuación de Gibbs-Duhem. Propiedades coligativas. Descenso de la temperatura de congelación. Solubilidad. Elevación de la temperatura de ebullición. Presión osmótica.

El potencial químico en soluciones ideales. Soluciones binarias. La regla de la palanca. Cambios de estado por reducciones isotérmicas de la presión. Diagramas temperatura-composición. Cambios de estado. Aumento de temperatura. Destilación fraccionada. Azeotropos. La solución ideal diluida. Ley de Henry y solubilidad de los gases. Distribución de un soluto entre dos solventes. Equilibrio químico en la solución ideal.

UNIDAD 8

Equilibrio entre fases condensadas. Equilibrio líquido-líquido. Destilación de líquidos inmiscibles y parcialmente miscibles. Equilibrio sólido-líquido. El diagrama eutéctico simple. Análisis térmico. Otros sistemas eutécticos simples. Diagrama de temperatura de congelación con formación de compuestos. Compuestos con temperaturas de fusión incongruentes. Miscibilidad en el estado sólido. Elevación de la temperatura de solidificación. Miscibilidad parcial en el estado sólido. Equilibrio gas-sólido. Presión de vapor de sales hidratadas. Sistemas de tres componentes. Equilibrio líquido-líquido. Solubilidad de sales. Efecto del ión común. Formación de sales dobles.

UNIDAD 9

Equilibrio en sistemas no ideales. El concepto de actividad. Propiedades coligativas. Propiedades coligativas y actividad del soluto. Actividad y equilibrio de la reacción. Actividades en soluciones electrolíticas. Descenso de la temperatura de congelación y coeficiente de actividad iónica media. Teoría de Debye-Hückel sobre la estructura de soluciones iónicas diluidas. Equilibrio en soluciones iónicas.

UNIDAD 10

Equilibrio en celdas electroquímicas. Potencial químico de especies cargadas. Potencial electródico. El electrodo estándar de hidrógeno. El electrodo metal-ión metálico. La celda electroquímica. Representación convencional y fuerza electromotriz. Reacción de la celda. La ecuación de Nernst. Energías libre estándar y fem de semi-celdas. Clases de electrodos. Constante de equilibrio a partir de la fem de semi-celdas estándar. Cálculo de la fem de la celda. Medición de la fem de la celda. Reversibilidad. Determinación del E0 de una semicelda. Dependencia de la fem de la celda respecto de la temperatura. Efectos calóricos en el funcionamiento de una celda reversible. Electrodos para la medición del pH. Electrodos de referencia. Celdas de concentración. Indicadores de oxidación reducción. Valoraciones potenciométricas.

UNIDAD 11

Fenómenos superficiales. Energía superficial y tensión superficial. Magnitud de la tensión superficial. Formulación termodinámica. Elevación capilar y depresión capilar. Tensión superficial y adsorción. Películas superficiales. Adsorción en sólidos. Adsorción física y química. Fenómenos eléctricos en las interfases. La capa doble. Efectos electrocinéticos. Coloides. Coloides liofílicos y liofóbicos. Electrolitos coloidales. Jabones y detergentes. Emulsiones y espumas.

 

Programa de Trabajos Prácticos

 

a)Seminarios de Resolución de Problemas

-SEMINARIO NO 1: GASES REALES  Y  TEORIA CINETICA

 - SEMINARIO NO 2: PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA-TERMOQUIMICA.

 -SEMINARIO NO 3: SEGUNDA Y TERCERA LEY DE LA TERMODINAMICA.

 - SEMINARIO NO 4: ESPONTANEIDADY EQUILIBRIO

 - SEMINARIO NO 5: SISTEMAS DE COMPOSICION VARIABLE-EQUILIBRIO QUIMICO.

 - SEMINARIO NO 6: EQUILIBRIO DE FASES EN SISTEMAS SIMPLES

 - SEMINARIO NO 7: SOLUCIONES

 - SEMINARIO NO 8: EQUILIBRIO ENTRE FASES CONDENSADAS

 - SEMINARIO NO  9: EQUILIBRIO EN SISTEMAS NO IDEALES

 - SEMINARIO T NO 10: CELDAS ELECTROQUIMICAS

 - SEMINARIO TNO 11: FENOMENOS SUPERFICIALES

 

 

b)Prácticas de Laboratorio

 

-TRABAJO PRÁCTICO Nº 1: TERMOQUIMICA: DETERMINACION DE CALOR DE NEUTRALIZACION

 
- TRABAJO PRÁCTICO Nº 2: EQUILIBRIO QUIMICO: DETERMINACION DE LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO DE UNA REACCION EN FASE ACUOSA

 
-TRABAJO PRÁCTICO Nº 3: EQUILIBRIO DE FASES DE SISTEMAS SIMPLES: EQUILIBRIO LIQUIDO- VAPOR

 
-TRABAJO PRÁCTICO Nº 4: SOLUCIONES: DIAGRAMA TEMEPERATURA-COMPOSICION DE SISTEMAS LÍQUIDOS VOLATILES.

 
-TRABAJO PRÁCTICO Nº 5: EQUILIBRIO DE FASES CONDENSADAS: ISOTERMA DE SOLUBILIDAD DE UN SISTEMA LÍQUIDO TERNARIO.

 
- TRABAJO PRÁCTICO Nº 6:  ELECTROQUIMICA: ESTUDIO DE LA PILA DE DANIELL

 
- TRABAJO PRÁCTICO Nº 7: FENOMENOS SUPERFICIALES: ADSORCION DE ACIDO ACETICO SOBRE CARBON VEGETAL

 

 

Sistema de Evaluación:

La calificación final de la asignatura se obtendrá con los siguientes sumandos:

El 70% de la calificación de la asignatura se obtiene en de la valoración de los conocimientos de cada unidad a través de  pruebas escritas (tres parciales) referida a cuestiones teórico-prácticas y problemas.

El 15% de la calificación corresponde a la realización y/o exposición de trabajos realizados individualmente o en equipo así como a otras actividades académicas dirigidas.

El 15 % valorará la asistencia y puntualidad a los trabajos prácticos y  la actitud participativa en clase de los alumnos

 

Bibliografía:

16-a-Bibliografía Básica disponible en Biblioteca

 

-“FISICO QUÍMICA", P. W. Atkins, Tercera edición, Ed. Addison Wesley Iberoamericana, 1991.

 

-"FISICOQUÍMICA", Ira Levine, Ed. Mc Graw Hill Latinoamericana, 1981.

 

-“QUÍMICA FÍSICA”, Engel Thomas, Reid Philip, Hehre, Warren , Ed.  Pearson Addison-Wesley, 2006.

 

-“FISICOQUIMICA”, Keith J. Laidler, John H.Meiser, Primera Edición en Español, Ed. CECSA, 2005.

 

- FISICOQUIMICA”, D. W. Ball, ED. Thomson, 2004.

 

-"FISICOQUÍMICA", Gilbert W. Castellan, Segunda edición en español, Ed. Addison Wesley Iberoamericana, 1987.

 

-"TRATADO DE QUIMICA FISICA", S. Glasstone, Ed. Aguilar, 1984.

 

-"TERMODINAMICA", H.B. Callen,  ED. AC, 1981.

 

-"TERMODINAMICA PARA QUIMICOS", S. Glasstone, Ed. Aguilar, 1987.

 

16-b- Bibliografía de la cátedra disponible para los estudiantes

 

-FISICOQUIMICA, Tomo I, I.Levine, 5ª Edición, Mc Graw Hill,  2004.

 

-FISICOQUIMICA, Tomo II, I.Levine, 5ª Edición, Mc Graw Hill,  2004.

 

-PHYSICAL CHEMISTRY, Robert Mortimer,  Ed. Academia Press, 2000.

 

- FISICOQUIMICA: EL EQUILIBRIO QUÍMICO", E. Ureta Barón. ED. Limusa, 1985.

 

- ELECTROQUÍMICA MODERNA , J. O’M Bockris, A.K. Reddy, Reverté,1982.

 

-QUANTITIES, UNITS AND SYMBOLS IN PHYSICAL CHEMISTRY, I. Millist, T.  Cvita, K. Homann,  N. Kallay, IUPAC, Segunda Edición, 1993.

 

-CHEMICAL THERMODYNAMICS: PRINCIPLES AND APPLICATIONS, J. Bevan Ott and Juliana Boerio-Goates, Elsevier, Academic Press, 2000.

 

-THERMODYNAMICS AND STATISTICAL MECHANICS, J. M. Seddon, J.N D. Gale, Royal Society of Chemistry, 2001.

 

-ELECTROCHEMISTRY: PRINCIPLES, METHODS, AND APPLICATIONS,

C. M. A. Brett, A.M. OliveiraBrett, Oxford University Press, 1998.

 

16-c-Bibliografía utilizada en los Seminarios de resolución de problemas

 

-“PROBLEMAS DE FISICOQUIMICA”, Ira Levine, Ed. Mc Graw Hill, 2005

 

-"FÍSICOQUÍMICA PROBLEMAS  Y SOLUCIONES", L. Labowitz, J. S. Arents, Ed. AC. Madrid, 1974.

 

-"PROBLEMAS DE TERMODINÁMICA Y CINÉTICA", G. S. Upadhyaya, R. K. Duke,  Ed. Geminis SRL, Bs. As. , 1979.

 

-"PROBLEMAS RESUELTOS DE FISICO QUIMICA", Ira Levine , Ed. Mc Graw Hill, 1982.

 

-"CALCULOS SUPERIORES EN QUIMICA FISICA",  H. E. Avery, D. J. Shaw, Ed. Reverté. 1974.

 

-"PHYSICAL CHEMISTRY, SOLUTIONS MANUAL", R. A. Alberty, Ed. John Wiley and Sons, New York, 1978.

 

-"PROBLEMAS DE QUIMICA FISICA", A. Adamson, Ed. Reverte, 1979.

 

-"PROBLEMAS DE TERMODINAMICA TECNICA", C.A. García, Ed. Alsina, 1987.

 

-"CALCULOS QUIMICOS", S.W. Benson, Ed. Limusa, 1995.

 

 

16-f-Bibliografía utilizada en los Prácticos de Laboratorio

 

-“EXPERIMENTS IN PHYSICAL CHEMISTRY”  D.P. Shoemaker, C.W. Garland y J. W. Nibler, 6ªed., McGraw-Hill. New York, 1996.

 

- “CURSO DE FISICOQUÍMICA EXPERIMENTAL·, F.Daniels, R.A. Alberty, J.W. Williams, C.D. Cornwell, P. Bender y J.E. Arriman,  McGraw-Hill de México, 1972.

 

-“CURSO EXPERIMENTAL EN QUÍMICA FÍSICA”, J.J. Ruiz, J.M. Rodríguez, E. Muñoz, J.M. Sevilla,  Ed. Síntesis S.A., 2003.

 

-“QUÍMICA FÍSICA PRÁCTICA DE FINDLAY”, B. P. Levitt. , Ed. Reverté, Barcelona, 1979.

- “TRATAMIENTO MATEMÁTICO DE DATOS FISICOQUÍMICOS”,  V. P. Spiridonov y A.A. Lopatkin,  Ed. Mir. Moscú, 1983.

-"EXPERIMENTOS DE QUIMICA", Parte 3: Fisicoquímica y Análisis Químico, J. Rivas Ramos, Fidel Villareal Gonzales, D. Butruille, Ed. Trillas (Mexico), 1985.

 

-"TECNICAS DE LABORATORIO", V. López Solana, Ed. Edunsa, 1994.

 

-“MANUAL DEL IMGENIERO QUIMICO”, R. H. Perry, Ed. Mc Graw-Hill. México, 1992.

 

"EXPERIMENTAL PHYSICAL CHEMISTRY", F. Daniels, Ed. Mc Graw Hill, 1970.

 

-"MANUAL DE LABORATORIO PARA PRACTICOS DE FISICO QUIMICA", D. Brennan, C. F. Tipper, Ed. URMO , 1970.

 

-"PRACTICAS DE QUIMICA FISICA", O. A. Burmistrova y colaboradores, Ed. Mir, Moscú, 1977.

 

-"QUIMICA FISICA EXPERIMENTAL", A. Palmer, Ed. Eudeba, Bs. As. , 1966.

 

-"EXPERIMENTOS EN QUIMICA FISICA SUPERIOR", T. Rose , Ed. Acribia, Zaragoza,1966.

 

-"HANDBOOK OF CHEMISTRY AND PHIYSICS", David Lide, Editor in Chief, 72 nd Edition, 1991-1992, CRC Press

 

16-g-Sitios de Internet con interés a la asignatura

 

-Factores de conversión entre unidades de energía:

http://physics.nist.gov/cuu/Constants/energy.html

-Constantes físicas fundamentales: http://physics.nist.gov/cuu/Constants/.

-Biblioteca electrónica de Ciencia y Tecnología: http://www.biblioteca.mincyt.gov.ar/.

 

 

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