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QM2511 - Fisicoquímica I

Objetivo

Que el estudiante comprenda los conceptos fundamentales de la Termodinámica y su aplicación al equilibrio de fases y al equilibrio químico. Debe conocer las propiedades de los gases ideales ya que serán utilizados como substancia modelo para la introducción a las leyes de la Termodinámica. y sus aplicaciones en el equilibrio de las fases y el equilibrio químico, respectivamente. Al finalizar el curso, el alumno debe tener criterio para determinar si una reacción es espontánea, si un sistema se encuentra en equilibrio, como se calculan constantes de equilibrio, etc.

Programa

1.- LAS PROPIEDADES DE LOS GASES Y SU MEDIDA

Presión, Volumen y Temperatura. Ley cero de la Termodinámica.Unidades. Escalas de temperatura. Comportamiento de los gases perfectos. Leyes de Boyle y Gay-Lussac. Principio de Avogadro, ley de Dalton y la ecuación de estados de los gases perfectos, Gases reales. Interacciones moleculares. Factor de compresibilidad, coeficientes Viriales, constantes crítica, la ecuación de Van der Waals. El principio de los estados correspondientes. Problemas.
(8 horas)

2.- LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

Definiciones: sistema, alrededores, paredes, universo. Tipos de sistema. Propiedades extensivas e intensivas. Estado de un sistema. Procesos. Tipos de procesos. Trabajo, Calor. y Energía. La primera ley. Definición mecánica del calor. Energía interna.La primera ley. para un sistema abierto. Diferentes tipos de trabajo. Procesos reversibles. Diferentes tipos de procesos. Entalpía. Capacidad calórica Termodinámica. Cambios de entalpía de reacción. Entalpías de formación. Ley de Hess. Variación del cambio de entalpía con la temperatura. Formulación matemática funciones de estado y diferenciales exactos, aplicaciones a los cambios de energia interna y de entalpía. Experimentos de Joule-Thompson. Relación entre Cv y Cp.
(14 horas)

3.- LA SEGUNDA LEY

Procesos espontáneos. La dispersión de energía. Entropía. Interpretación estadística. Definición termodinámica. Cambios de entropía para diferentes procesos. La "tercera ley de la termodinámica". Eficiencia de procesos términos. El ciclo de Carnot. Demagnetización adiabática. Funciones de Helmoltz y de Gibbs. Combinación de la primera y segunda ley. Relaciones de Maxwell. Relaciones termodinámicas. Propiedades de la función de Gibbs. Potencial químico para un gas perfecto. Gases reales fugacidad. Sistemas abiertos y cambios de composición. Potencial químico en general. Problemas.
(12 horas)

4.- CAMBIOS DE ESTADO Y EQUILIBRIO FISICO

Diagrama de fases para una sustancia pura. Ejemplos. Estabilidad de fases y transiciones de fase. Ecuaciones de Clausius y Clausius-Clapeyron. Transiciones de primer orden, de segundo orden y. La superficie líquida. Mezclas. Cantidades molares parciales. Ecuación de Gibbs-Duhem. Termodinámica de mezclado. Potencial químico de líquidos. Soluciones ideales, ley de Raoult. Soluciones idealmente diluidas. Ley de Henry. Mezclas líquidas. Funciones de exceso.Propiedades coligativas. Mezclas de líquidos volátiles. Soluciones reales. Actividad y coeficientes de actividad. Convenciones para el solvente y el soluto. Regla de las fases de Gibbs. Análisis de diagramas de fases de dos y tres componentes. Problemas.
(20 horas)

5.- EQUILIBRIO QUIMICO

Reacciones químicas espontánea de reacción. Función de reacción de Gibbs y Afinidad. Composición de una mezcla reaccionante en el equilibrio. Respuesta del equilibrio a las modificaciones en las condiciones. Principio de la Chatelier. Aplicaciones a ejemplos de equilibrios químicos y equilibrios iónicos.
(16 horas)  
 
Bibliografía:

[1] G. Castellan: Fisicoquímica, segunda edición. Addison Wesley Longman de Mexico. 1998.
[2] I. Levine: Physical Chemistry, tercera edición. McGraw-Hill. 1988.
[3] P. W. Atkins Physical Chemistry, cuarta edición. W.H. Freeman and Company New York 1990.
[4] K. Denbigh; The principles of Chemical Equilibrium, cuarta edición, Cambridge University press, Cambridge. 1981.

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