Fisicoquímica

Semestre:

3°

Fecha de elaboración:

Agosto de 2013

Fecha de revisión:

Mayo de 2014

Elaborado por:

Hugo Morales Rojas

Ciclo de formación:

Básico

Área curricular:

Ciencias de la Disciplina

Tipo de unidad:

Teórica

Carácter de unidad:

Obligatoria

Clave:

FQ01FB050010

Créditos:

10

Semestre:

3°

Horas Teoría:

5

Horas Práctica:

0

Programas académicos en los que se imparte:

Licenciatura en Ciencias Áreas terminales en Matemáticas, Física, Bioquímica y Biología Molecular, y Ciencias Computacionales y Computación Científica

Prerrequisitos:

Analiza los principios básicos de la química, domina los conceptos fundamentales y describe a nivel molecular lo que ocurre en una reacción química.

Antecedentes Recomendadas:

Ninguna

Consecuentes Recomendadas:

  • Biofísica

Presentación de la unidad de aprendizaje:

La unidad de aprendizaje consiste en estudiar los conceptos básicos de la fisicoquímica, para lo cual se retomarán algunos tópicos anteriormente analizados en la unidad de aprendizaje de Química.

Propósito de la unidad de aprendizaje:

Analizar las leyes fundamentales de la termodinámica y la aplicarlas en la descripción de fenómenos de interés general y casos particulares de la química y la biología. Abordar con soltura el manejo de ecuaciones de estado simples a problemas más complejos.

Competencias profesionales:

Conoce los principios fundamentales que determinan la estructura, dinámica y reactividad de cualquier sistema molecular así como de su interacción con la física y la biología.

Contribución al perfil de egreso:

Para el cumplimiento del perfil, se desarrollan las competencias académicas y profesionales en el área terminal de su elección, que posibiliten el adecuado desempeño para seleccionar, movilizar y gestionar las disposiciones y los recursos disponibles para resolver problemas en un campo determinado de situaciones de acción.

Secuencia temática:

  1. I El estado gaseoso.
    1. Comportamiento de los gases: variables P, V y T.
    2. Leyes de los gases.
    3. Ley de Boyle.
    4. Lay de Charles.
    5. El gas ideal.
    6. Mezclas de los gases, atmósfera y fórmula barométrica.
    7. Teoría cinética de los gases: una visión microscópica del comportamiento gaseoso.
  2. II Ecuaciones de estado para gases reales.
    1. 2.1 Comportamiento de los gases reales.
    2. 2.1.1 Diagrama P-V-T (condensación y punto crítico).
    3. 2.1.2 Factor de compresión (Z).
    4. 2.1.3 Interacciones moleculares.
    5. 2.2 Ecuación de van der Waals.
    6. 2.3 Otras ecuaciones de estado para gases reales (ec. virial, ley de estados correspondientes, Dieterici, etc.).
  3. III Primera Ley de la Termodinámica.
    1. 3.1 Diferenciales exactas e inexactas.
    2. 3.2 Primera Ley de la Termodinámica.
    3. 3.2.1 Energía interna (U).
    4. 3.2.2 Entalpía (H).
    5. 3.3 Cálculo de cambios en U y H en diferentes procesos de gases ideales y reales.
    6. 3.3.1 Capacidad calorífica (Cv y Cp).
    7. 3.3.2 Coeficiente de Joule ((dU/dV)T).
    8. 3.3.3 Experimento de Joule-Thomson.
    9. 3.3.4 Coeficientes de expansión y compresibilidad isotérmica.
    10. 3.3.5 Procesos adiabáticos.
  4. IV Segunda Ley de la Termodinámica.
    1. 4.1 Dirección de los procesos espontáneos.
    2. 4.2 Segunda Ley de la Termodinámica.
    3. 4.3 Entropía.
    4. 4.3.1 Definición termodinámica.
    5. 4.3.2 Entropía como función de estado.
    6. 4.3.3 Desigualdad de Clausius (entropía como criterio de espontaneidad).
    7. 4.4 Interpretación estadística de la entropía.
    8. 4.5 Ciclos de potencia y refrigeración.
    9. 4.6 Cambios de entropía en procesos reversibles e irreversibles.
    10. 4.6.1 Calentamiento.
    11. 4.6.2 Cambios de estado de gases.
    12. 4.6.3 Transiciones de fase.
    13. 4.7 Tercera Ley de la Termodinámica.
    14. 4.7.1 Teorema de Nernst.
    15. 4.7.2 Entropías estándar.
    16. 4.7.3 Cambios de entropía en reacciones químicas.
  5. V La energía libre.
    1. 5.1 Energía libre de Helmholtz (A).
    2. 5.2 Energía libre de Gibbs (G).
    3. 5.3 La energía libre como criterio de espontaneidad y equilibrio.
  6. VI Ecuación fundamental.
    1. 6.1 Ecuación fundamental de la termodinámica.
    2. 6.1.1 U=TdS-PdV
    3. 6.1.2 Otras formas de la ecuación fundamental (H, G, A).
    4. 6.2 Relaciones de Maxwell.
    5. 6.3 Propiedades de G (dependencia con T y P).
  7. VII Equilibro químico y de fases.
    1. 7.1 Criterio termodinámico de equilibrio y estabilidad (potencial químico).
    2. 7.1.1 Potencial químico.
    3. 7.1.2 Efecto de la temperatura y presión.
    4. 7.2 Equilibrio químico.
    5. 7.2.1 K a partir de potenciales químicos.
    6. 7.2.2 Dependencia de K con T y P.
    7. 7.3 Diagrama de fases de un componente.
    8. 7.3.1 Ecuación de Clapeyron.
    9. 7.3.2 Líneas de coexistencia liq-sol, sol-gas y liq-gas.
    10. 7.4 Diagrama de fases de dos componentes.
    11. 7.4.1 Regla de las fases.
    12. 7.4.2 Ejemplos de diagramas de dos componentes (composición-temperatura; líquido-líquido; líquido-sólido).
    13. 7.5 Transiciones de fase.

Criterios de Evaluación:

  • Exámenes parciales: 40%
  • Examen final: 30%
  • Participación en clase: 10%
  • Búsqueda de información: 10%
  • Otra (especifique): Tareas: 10%

Bibliografía básica:

  • Atkins, P. y Paula J. Physical chemistry. 8a edición. Ed. Oxford University Press.
  • Ball, D. W. 2004. Fisicoquímica. Ed. Thomson.

Bibliografía complementaria:

  • Silbey, J. R., Alberty, R. A. y Bawendi, M. G. Physical chemistry. 4a edición. Ed. Wiley.
  • Chang, R. 2006. Physical chemistry for the chemical and biological sciences. Ed. University Science Books.