Guia de Trabajo-2019 i

Equilibrio y Cinética…………….………………………………… Cinética…………….……………………………………………………………… ………………………………………………………… …………………………………………… ………………

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE QUÍMICA

Semestre 2019 – 1 1 EQUILIBRIO Y CINÉTICA CRÉDITOS: CRÉDITO S: 9

HORAS TEORÍA: 3

HORAS PRÁCTICA: 3

PROF.: RUFINO TRINIDAD VELASCO

INTR ODUCCIÓN Este curso está dirigido hacia el estudio de los conceptos básicos de los equilibrios físico y químico, así como a los de la cinética química. En la primera unidad se estudian los criterios de espontaneidad y equilibrio, en donde se aborda el concepto de equilibrio químico, que será central en la mayor parte de este curso. La segunda unidad está dirigida hacia el estudio del equilibrio químico de sistemas ideales homogéneos y heterogéneos. El equilibrio físico de sistemas constituidos por un solo componente y el de los sistemas binarios se estudian en la tercera y cuarta unidades respectivamente. Finalmente, en la quinta unidad se aborda el estudio de los aspectos empíricos y teóricos de la cinética química. Es importante resaltar la importancia de esta última unidad, ya que es la única oportunidad de abordar estos contenidos, que tienen los estudiantes de algunas carreras en esta facultad de acuerdo con los planes de estudio. La forma de trabajo o metodología aplicada en este curso pretende que además de que el estudiante adquiera de manera constructiva los conocimientos básicos del equilibrio y la cinética, desarrolle cierto conjunto de habilidades intelectuales que le permitan aplicar esos conocimientos. Para esto, además de la exposición por parte del profesor, el estudiante tiene que involucrarse activamente en el trabajo, realizando tareas extra clase, revisando artículos de investigación referidos a la educación en fisicoquímica y exponiendo su contenido frente a grupo, resolviendo problemas relacionados con los contenidos programát p rogramáticos, icos, entre otras actividades.

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Equilibrio y Cinética…………….……………………………………………………………………………………………………………

OB JETI V O D DEL C CUR SO

Analizar sistemas termodinámicos en los que se establecen condiciones de equilibrio químico y físico (homogéneo y heterogéneo), así como el estudio de los aspectos empíricos de la cinética química, datos cinéticos y variables con las que se predecirán los cambios de composición en función del tiempo para sistemas reaccionantes.

UNIDADES TEMÁTICAS #

UNIDAD

1

CRITERIOS DE ESPONTANEIDAD Y EQUILIBRIO EQUILIBRIO QU MICO (SISTEMAS IDEALES)

2

3

4

5

CONTENIDOS TEMÁTICOS

Energías de Helmholtz y de Gibbs. Potencial químico. Análisis de las propiedades de la energía de Gibbs y el potencial químico como criterios de espontaneidad y equilibrio. Aplicación de la energía de Gibbs y del potencial químico a procesos químicos. Constante de equilibrio termodinámica de sistemas homogéneos y heterogéneos. Factores que afectan a la constante de equilibrio, su dependencia con la P, T y concentración. Cálculo del grado de conversión para sistemas reaccionantes homogéneos y heterogéneos. EQUILIBRIO F SICO Criterios de equilibrios entre fases. Diagramas de fases de un (SISTEMAS IDEALES) componente. Construcción de diagramas de fase potencial químico vs temperatura. Ecuación de Clapeyron. Aplicación a los equilibrios sólido-líquido, líquido-vapor, sólido-vapor, sólido-sólido. Construcción de diagramas de fase en coordenadas presión vs temperatura. Ecuación de ClausiusClapeyron para los equilibrios: líquido-vapor y sólido-vapor. La regla de las fases de Gibbs. SISTEMAS BINARIOS Soluciones de no electrolitos. Conceptos básicos. Ley de Raoult. Sistemas binarios con solutos no volátiles. Propiedades coligativas. Determinación de masas moleculares. Soluciones de electrolitos: Factor de Van’t Hoff. Sistemas binarios con solutos volátiles. Construcción de diagramas presión-vs-composición y Temperatura vs composición. Cálculo de las composiciones en fase vapor y líquida: Regla de la palanca. Líquidos completamente miscibles. Soluciones reales. Desviaciones de la idealidad. Ley de Henry. CIN TICA QU MICA Rapidez de reacción. Orden y Molecularidad. Constante de rapidez de reacción. Factores que afectan la rapidez de reacción. Estudio experimental y análisis de datos cinéticos. Teoría de colisiones. Teoría del estado de transición TET. Aplicaciones de la TET a reacciones en solución (fuerza iónica). Catálisis homogénea y heterogénea. Catálisis enzimática.

BIBLIOGR A FÍ A B Á SIC A - Engel, T.; Reid, P.; Hehre, W. Química Física. Pearson Addison Wesley. España 2006.

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- Chang, R. Fisicoquímica para las ciencias químicas y biológicas. 3ª ed., Mc Graw HillInteramericana. México, 2008. - Atkins, P.; De Paula, J. Physical Chemistry. 9th ed., W. H. Freeman and Company. New York 2010. - Trapp, Ch.; Cady, M.; Giunta, C. Student solutions manual to accompany Atkins’ Physical Chemistry. 9th ed., W. H. Freeman and Company. Great Britain 2010. - Levine, I.N. Fisicoquímica 6ª ed. McGraw-Hill, 2014. - Laider, K.J. Fisicoquímica, 1a ed. México, CECSA, 1997. - Metiu, H., Physical Chemistry. Thermodynamics, Taylor & Francis, New Cork, 2006 - Rodríguez Renuncio, J. A., Ruiz Sánchez, J. J., Urieta Navarro, J. S., “TERMODINÁMICA QUÍMICA”, Síntesis.

BIBLIOGR A FÍ A COMPLEMENT A R RI A - Alberty, R. A., Silbey, R. J., "PHYSICAL CHEMISTRY", John Wiley & Sons, Inc. - Atkins, P. W., "FISICOQUÍMICA", Oxford University - Barrow, G., "PHYSICAL CHEMISTRY", McGraw-Hill - Castellan, G. W., "FISICOQUÍMICA", Addison-Wesley - Denbigh, K. M., “THE PRINCIPLES OF CHE MICAL EQUILIBRIUM WITH APPLICATIONS IN CHEMISTRY AND CHEMICAL ENGINEERING”, Cambridge University Press. - González, U. A., “CINÉTICA QUÍMICA”, Síntesis. - Hillert, M., “PHASE EQUILIBRIA, PHASE DIAGRAMS AND PHASE TRANSFORMATIONS: THEIR THERMODINAMIC BASIS”, Cambridge University Press. - Klotz, I. M., Rosenberg, R. M., CHEMICAL THERMODYNAMICS. Basic Theory and Methods, John Wiley & Sons, Inc. - Logan, S. R., “FUNDAMENTOS DE CINÉTICA QUÍMICA”, Addison-Wesley Iberoamericana. - Moore, W. J., "PHYSICAL CHEMISTRY", Prentice-Hall - Noggle, J. H., "PHYSICAL CHEMISTRY", Harper Collins College Publishers(*) - Smith y Van Ness, "INTRODUCCION A LA TERMODINAMICA EN INGENIERIA QUIMICA", McGraw-Hill



ARTÍCULOS 1. Raviolo, A., Gennari, F., Andrade, G. J., Interesantes Problemáticas en el Tema Equilibrio Químico, Ed. Quím ., (2000), 11, 4, 408. (4P) 16 de agosto de 2018 2. Paiva, J. C. M., Gil, V. M. S., Ferrer, C. A., The Right Shift? A Problem in Chemical Equilibrium, J. Chem. Ed., (2002), 79, 5, 583. (2P) 23 de agosto de 2018 3. Regis, A., Albertazzi, P. G., Concepts Maps in Chemistry Education, J. Chem. Ed., (1996), 73, 11, 1084. (3P) 30 de agosto de 2018 4. Gordus, A. A., Chemical Equilibrium. I. The Thermodynamic Equilibrium Constant, J. Chem. Ed., (1991), 68, 2, 138. (3P) 5. Kao, C. R., Phase Diagrams of Important Electronic Materials, JOM, Dic. 2002, 54, 12, 44 (Buscar en la Web). (2P) 6. Gramsch, S. A., A Closer Look at Phase Diagrams for the General Chemistry Course, J. Chem. Ed., (2000), 77, 6, 718. (4P) 7. Velasco, S., Román, F. L., White, J. A., On the Clausius-Clapeyron Vapor Pressure Equation, J. Chem. Ed., (2009), 86, 1, 106. (3P) 8. Sebastián, Ch. L., Entre el Lenguaje de Microsoft y el de Borges, Educación 2001, No. 155, abril de 2008, pp. 58-62. (3P) 9. Hawkes, S. J., Raoult´s Law is a Deception, J. Chem. Ed., (1995), 72, 3, 204.

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10. Franzen, H. F., The Freezing Point Depression Law in Physical Chemistry, J. Chem. Ed. , (1988), 65, 12, 1077. (3P) 11. Arnáiz, F. J., Mice in the Box for Zero-Order Kinetics, J. Chem. Ed., (1999), 76, 10, 1458 (2P) 12. Novak, I., Chemical Kinetics without Calculus, J. Chem. Ed., (1998), 75, 12, 1574. (2P) 13. Balaban, A. T., Seitz, W., Relevance of Chemical Kinetics for Medicine: The Case of Nitric Oxide, J. Chem. Ed., (2003), 80, 6, 662. (3P) 14. Quisenberry, K. T., Tellinghuisen, J., Textbook Deficiencies: Ambiguities in Chemical Kinetics Rates and Rate Constants, J. Chem. Ed., (2006), 83, 3, 510. (3P)

OTRAS REFERENCIAS

1. Sözbilir, M., What Makes Physical Chemistry Difficult?, J. Chem. Ed., (2004), 81, 4, 573-578. 2. Hahn, K. E., Polik, W. F., Factors Influencing Success in Physical Chemistry, J. Chem. Ed. , (2004), 81, 4, 567-572.



3. Carroll, J. J., Henry´s Law, J. Chem. Ed., (1993), 70, 2, 91. 4. Glasser, L., Equations of State and Phase Diagrams of Ammonia, J. Chem. Ed., (2009), 86, 12, 1457. 5. Jensen, W. B., Generalizing the Phase Rule, J. Chem. Ed., (2001), 78, 10, 1369. 6. Ghirardi, M. et al ., A Teaching Sequence for Learning the Concept of Chemical Equilibrium in Secondary School Education, (2014), 91, 59-65. 7. Pogliani L., Berberan-Santos, M. N., Inflation Rates, Car Devaluation, and Chemical Kinetics, J. Chem. Ed., (1996), 73, 10, 950. 8. Labuza, T. P., Application of Chemical Kinetics to Deterioration of Foods, J. Chem. Ed., (1984), 61, 4, 348 – 350. 9. Weisstein, E., World of Science , 10. FLEXWARE (2017). Properties of various gases , . Data and Property Calculation 11.

Websites ,

12. NIST, (2017). Libro del Web de Química de NIST, (http://webbook.nist.gov/chemistry/name-ser/)

CALENDARIO DE EXAMENES PARCIALES Corte

Fecha

1 11 de septiembre de 2018 2 23 de octubre de 2018 3 20 de noviembre de 2018

NOTA: Para fines de evaluación se tomarán en cuenta los siguientes instrumentos: síntesis de clase, tareas para casa, reportes de trabajo en equipo, resúmenes de los artículos, exposiciones de artículos asignados y del trabajo en equipo, mapas conceptuales, exámenes escritos y series de problemas.

Todo esto comprende el 70 % de la calificación global, el otro 30 % corresponde a laboratorio. Facebook: Rufinofqunam CORREO ELECTRÓNICO:

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