Clase 3 de Termodinámica

Para este tema, en lugar de un video, encontrarán un apunte.
Cualquier libro de Fisicoquímica desarrolla este tema muy bien.
Con este material, ya pueden resolver todo el Seminario 1.

Seminario 1 de Termodinámica

Aquí les dejo el primer seminario. Con la teoría que vimos hasta el viernes, pueden resolver todos los problemas, excepto los que involucran reacciones químicas (con la clase 3 podrán completar esta parte). Descargar

Ejercicio para entender que el trabajo para el camino reversible es máximo

1 mol de un gas ideal se encuentra encerrado en un recipiente de paredes móviles. Inicialmente, su temperatura es de 300 K y su presión de 5 atm. Experimenta distintas transformaciones que lo llevan a un estado final en el que la temperatura es de 300 K y la presión de 2 atm.

  1. expansión isotérmica
  2. expansión contra una presión externa constante de 2 atm
  3. expansión contra una presión externa constante de 3 atm y luego contra una presión externa constante de 2 atm
  4. expansión en tres etapas contra presiones externas constantes de 4.5, 3 y 2 atm
Hacer los gráficos de P vs V para la expansión reversible y para las expansiones en etapas. ¿Cómo se compara el trabajo involucrado en el proceso reversible con los de procesos en etapas?¿Qué ocurre con la magnitud del trabajo en etapas, conforme se incrementa el número de etapas?

Termodinámica: clase 2

Aquí encontrarán la segunda clase del módulo Termodinámica. También se pueden descargar las diapositivas de la clase 2

Termodinámica: clase 1

Videos de la clase:
Parte 1:



Parte 2:


Diapositivas de la clase: descargar

Orientación sobre bibliografía: Guía de lectura y estudio CLASE1.pdf 

Capítulo de lectura recomendada: Tinoco_cap1y2.pdf 

Régimen de Cursada

Régimen de Cursada de Fisicoquímica, primer cuatrimestre de 2022

I) Actividades.

La cursada consiste en clases de teoría, con resolución de problemas, y clases de laboratorio.

II) Acreditación.

Para aprobar la asignatura, es necesario:

1)     Entregar, en tiempo y forma, y aprobar las actividades que le sean requeridas. Esto incluye: a) los informes de las actividades de laboratorio, y b) las resoluciones de los problemas asignados.

2)     La aprobación de las evaluaciones parciales y del integrador. Se establecerán 2 evaluaciones parciales, cada una con su correspondiente fecha de recuperatorio. La evaluación parcial se aprueba con un puntaje mínimo de 4 (cuatro) puntos. La obtención de un promedio mínimo de 7 (siete) puntos y un mínimo de 6 (seis) puntos en cada una de ellas permitirá acreditar la aprobación de la asignatura. En caso en que los/as estudiantes no cumplan estas condiciones, pero obtengan una calificación mínima de 4 (cuatro) puntos en cada instancia de evaluación parcial (Res. CS 201/18, Art. 11), deberán rendir un examen integrador. La aprobación de dicho examen con un mínimo de 4 (cuatro) puntos permitirá acreditar la aprobación de la asignatura.

 III) Registro de la nota en el acta.

En este caso, pueden darse las opciones que siguen:

1)     El/la estudiante obtendrá una calificación numérica o quedará registrado como ausente, según lo establecido en el Régimen de Estudios (Res.CS 201/18, Art. 9).

2)     El/la estudiante quedará registrado como Pendiente de Aprobación (PA). Esto sucederá cuando obtenga una calificación mayor o igual a 4 (cuatro) puntos en cada evaluación parcial, pero no cumpla ninguna de las condiciones de aprobación del ítem II). En este caso estará habilitado para rendir Examen Integrador, según lo establecido en el Régimen de Estudios (Res. CS 201/18), durante el tiempo de validez de la cursada establecido por reglamentaciones de la Universidad.

 IV) Consideraciones adicionales.

1)     Cada parcial cuenta con una única instancia de recuperación.

2)     En caso de presentarse a una instancia de recuperación, la nota válida para el correspondiente parcial es la nota del recuperatorio. Eso implica que, por ejemplo, en caso de haber obtenido 5 en la primera fecha del parcial (aprobado) y luego presentarse al recuperatorio (con el objeto de obtener mayor nota y no rendir examen integrador), obteniendo una nota de 2 en el recuperatorio, la nota final de dicho parcial será 2 (desaprobado).

3)     La nota final de la materia, en caso de rendir examen integrador, se obtiene de la siguiente manera:

            Nota Final = (Nota integrador + Promedio Parciales) / 2

            Redondeada de acuerdo al desempeño en las actividades.

Programa


Contenidos Mínimos

Primer y segundo principio de la termodinámica. Aplicación del primer y segundo principio al estudio de los equilibrios físicos y químicos. Soluciones. Electroquímica de equilibrio. Cinética química y cinética enzimática. Principios de fotoquímica, fluorescencia y fosforescencia.

Contenidos Desarrollados

Módulo I: Termodinámica
Generalidades. Sistema, alrededores, universo. Separación de un sistema de sus alrededores: tipos de paredes. Estado de un sistema. Transformaciones entre estados: funciones de estado y funciones del camino.
Primer principio. Energía interna, cambios de energía: calor y trabajo. Procesos. Entalpía. Propiedades extensivas e intensivas. Capacidad calorífica y calor específico. Ecuaciones de estado.
Segundo principio. Entropía. Criterios de reversibilidad y espontaneidad de un proceso. Equilibrio. Interpretación microscópica de la entropía. Energía libre de Gibbs. El segundo principio aplicado a casos especiales: uso de la energía de Gibbs como criterio de espontaneidad.
Tercer principio. Cálculo de entropías absolutas.

Módulo II: Equilibrio
Equilibrio químico. Energía libre de reacción. Energía libre estándar y constante de equilibrio. Potencial químico y actividad. Estados estándar. Relación entre actividad y concentración: coeficiente de actividad. Efecto de la temperatura sobre la energía libre y la constante de equilibrio.
Pilas. Potencial de electrodo. Potencial de una pila. Relación entre el potencial de pilas y las propiedades termodinámicas de la reacción electroquímica involucrada.
Equilibrios físicos. Regla de las fases. Sistemas de un componente: ecuación de Clausius Clapeyron. Soluciones: propiedades coligativas, ley de Raoult, ley de Henry y ley de Van´t Hoff. Termodinámica de las propiedades coligativas. Sistemas de varias fases: equilibrio y transferencia de una sustancia entre dos fases. Cambios de energía libre asociados a la transferencia entre fases. Transferencia entre fases eléctricamente cargadas: potencial electroquímico.

Módulo III: Cinética
Cinética química. Velocidad de reacción. Ley de velocidad y orden de reacción. Ley integrada de velocidad. Métodos de determinación del orden de reacción. Dependencia de la velocidad de reacción con la temperatura: ecuación de Arrhenius. Energía de activación de una reacción. Procesos elementales y mecanismos de reacción. Deducción de una ley de velocidad a partir del mecanismo: hipótesis de pre-equilibrio y del estado estacionario. Reaciones unimoleculares. Relación entre equilibrio y cinética. Teoría de colisiones. Teoría del estado de transición. Cinética enzimática. Efecto isotópico cinético. Reacciones unimoleculares. Reacciones en cadena.
Fotoquímica. Principios de Fotoquímica. Estados electrónicos, excitación y procesos de des-excitación. Diagrama de Jablonski. Fluorescencia y fosforescencia. Rendimiento cuántico. Quimioluminiscencia.
Bibliografía:
" Fisicoquímica. G. Castellan. 2 Edición.
" Physical Chemistry. Principles and Applications in Biological Sciences. Tinoco, Third Edition.
" Fisicoquímica. P. Atkins.
" Physical Chemistry. I. Levine. Fourth edition.
" Fisicoquímica. Keith Laidler
" Physical Chemistry. 2nd edition. R. Alberty.

Conocimientos previos


Matemática
Funciones de una variable. Recta, funciones polinomiales, logarítmicas, exponenciales, trigonométricas.
Límite.
Derivada.
Diferencial. Interpretación gráfica.
Integral indefinida. Cálculo de integrales indefinidas. Técnicas de integración: sustitución, partes, fracciones simples.
Integral definida. Cálculo e interpretación geométrica.
Equaciones diferenciales ordinarias.
Funciones de varias variables: derivadas parciales. Diferenciales parciales y diferencial total.
Integrales de línea.


Física
Leyes de Newton.
Energía mecánica: concepto de energía cinética y potencial.
Conservación de la energía.
Electrostática: carga eléctrica, ley de Coulomb, trabajo y potencial eléctrico.
Electricidad: corriente, diferencia de potencial, resistencia. Ley de Ohm.
Unidades: longitud, superficie, volumen, masa, carga, fuerza, presión, trabajo, potencia.


Química
Elementos y compuestos. Sustancias puras y mezclas.
Átomos, iones y moléculas. Pesos atómicos absolutos, relativos. Mol.
Unidades concentración: molalidad, molaridad, % P/P, %P/V, fracción molar.
Estequeometría.
Enlace químico. Polaridad.
Soluciones. Solutos iónicos, no iónicos, grado de disociación.
Concepto de equilibrio químico. Resolución de problemas de equilibrio. Aplicaciones en la química analítica cuantitativa.

Otros
Tratamiento de datos experimentales.
Manejo de programas de graficación y tratamiento estadístico de datos experimentales.
Manejo de algún procesador de texto.