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Ingeniería Química
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Curso 2002-2003
TERMODINÁMICA y CINÉTICA QUÍMICA APLICADA
CÓDIGO: B052/99/7389
CURSO 2002-2003
Carga docente:
9 créditos totales (6 créditos teóricos y 3 créditos prácticos)
Curso: 2º, Troncal
1er cuatrimestre
Grupo único
Departamento/s:
Profesor/a-es/as:
Química Física
Antonio Rodes
OBJETIVOS : Completar los conocimientos de Termodinámica y Cinética Química
adquiridos por el alumno en la asignatura “Química Física” del primer curso de la
licenciatura.
PROGRAMA DE TEORÍA
1.EQUILIBRIO MATERIAL. POTENCIALES QUÍMICOS.
Condiciones generales de equilibrio y espontaneidad. Funciones de Gibbs y
Helmholtz. Ecuaciones de Gibbs. Relaciones de Maxwell. Propiedades de la Energía
de Gibbs: gases ideales y gases reales. Fugacidad. Sistemas de composición
variable. Potenciales químicos. Ecuaciones de Gibbs para sistemas de composición
variable. Ecuación general del equilibrio material.
2.EQUILIBRIO DE FASES EN SISTEMAS DE UN COMPONENTE. REGLA DE
LAS FASES.
La condición de equilibrio para un cambio de fases. Estabilidad de las fases de una
sustancia pura. Ecuación de Clapeyron. Ecuación de Clausius-Clapeyron.
Diagramas de fases. La regla de las fases.
3.DISOLUCIONES. DISOLUCIONES IDEALES.
Magnitudes molares parciales. Magnitudes de mezcla. Determinación de las
magnitudes molares parciales. Ecuaciones de Gibbs-Duhem. Termodinámica de las
mezclas. Potencial químico de los líquidos: disoluciones ideales. Disoluciones
diluidas ideales. Propiedades coligativas y solubilidad.
4.DISOLUCIONES NO IDEALES.
Actividades y coeficientes de actividad. Sistemas racional y práctico. Determinación
de los coeficientes de actividad para sustancias volátiles y no volátiles. Escalas de
molalidad y concentración molar. Funciones de exceso. Potenciales químicos en
disoluciones de electrolitos. Teoría de Debye-Hückel para disoluciones iónicas
diluidas. Asociación iónica.
5.EQUILIBRIO EN SISTEMAS NO IDEALES.
La condición general del equilibrio químico. La constante de equilibrio en sistemas
ideales. Equilibrio químico en una mezcla de gases reales. Equilibrio en
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TERMODINÁMICA y CINÉTICA QUÍMICA APLICADA
disoluciones no electrolíticas. Equilibrio en disoluciones de electrolitos. Equilibrios
de líquidos o sólidos puros. Influencia de la temperatura y la presión.
6.EQUILIBRIO EN SISTEMAS ELECTROQUÍMICOS.
Termodinámica de los procesos electroquímicos. Pilas galvánicas. Clasificación.
Termodinámica de las pilas galvánicas. Medidas de magnitudes termodinámicas.
Pilas de concentración.
7.FENÓMENOS SUPERFICIALES.
Energía superficial y tensión superficial. Ecuación de Young-Laplace. Capilaridad.
Otros métodos de media de la tensión superficial. La ecuación de Kelvin. Tensión
superficial y adsorción: la isoterma de Gibbs. Películas superficiales.
8.TEORÍA DE LAS VELOCIDADES DE REACCIÓN.
La ecuación de Arrhenius. Teoría de colisiones para reacciones bimoleculares.
Teoría del estado de transición. Formulación termodinámica de la ecuación de
velocidad. Entropía de activación. Reacciones monomoleculares.
9.REACCIONES EN DISOLUCIÓN.
Características generales. Efecto jaula y control por difusión. Efecto del disolvente.
Influencia de la presión. Reacciones entre iones. Efecto de la constante dieléctrica
del disolvente. Efecto salino primario.
10.CATÁLISIS HOMOGÉNEA.
Reacciones catalizadas. Mecanismo general de la catálisis. Catálisis ácido-base
general y específica. Efecto salino secundario. Mecanismos de la catálisis ácidobase. Relaciones lineales de energía libre. Reacciones enzimáticas.
11.ADSORCIÓN y CATÁLISIS HETEROGÉNEA.
Adsorción gas-sólido. Adsorción física y quimisorción. Isotermas de adsorción:
tipos y determinación experimental. Isoterma de Langmuir. Otras isotermas para la
quimisorción. Isoterma B.E.T. Velocidades de adsorción y desorción. Cinética de
las reacciones heterogéneas. Catálisis heterogénea.
12. CINÉTICA DE LOS PROCESOS ELECTRÓDICOS.
Velocidad global de los procesos electródicos. Sobrepotencial. La etapa de
transferencia de carga. Influencia del proceso de transporte de materia.
PROGRAMA DE PRÁCTICAS
1. Determinación volumétrica de una constante de velocidad.
2. Determinación de una constante de velocidad por medida de conductividades.
3. Cinética de la descomposición alcalina del permanganato potásico.
4. Magnitudes termodinámicas de una pila.
5. Volúmenes molares y específicos parciales.
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6. Calor integral y calor diferencial de disolución. Calor de dilución y calor de
reacción.
7. Efecto salino y efecto del ion común sobre la solubilidad de un compuesto
iónico.
CRITERIOS DE EVALUACIÓN: Examen escrito al finalizar las clases con una
serie de preguntas en las que se pedirá al alumno que desarrolle y/o relacione los
principios básicos tratados en el programa y otras en las que se planteará la
resolución de problemas. La calificación final de la asignatura se calculará a partir
de la nota del examen (que debe ser superior o igual a 4.5), la de las prácticas de
laboratorio y del número de problemas propuestos y entregados a lo largo del curso
en una relación 70-20-10, respectivamente.
OBSERVACIONES
Conocimientos previos: los conceptos sobre Termodinámica y Cinética Química
adquiridos en la asignatura Química Física del primer curso de la licenciatura.
Prácticas: La asistencia a las prácticas y la entrega de los correspondientes informes
individuales es obligatoria. También es necesario superar un examen sobre las
prácticas que se realizará en la misma fecha que el examen de teoría. La
calificación de prácticas será el promedio de la nota de este examen y la
correspondiente a los informes de prácticas.
BIBLIOGRAFÍA
1. A. Aguilar, E. Gómez i J.M. Lucas , Cinètica Química, Llibres de l’Índex,
Universitat, 1997
2. P.W. Atkins , Fisicoquímica, Addison Wesley Iberoamericana, 1986
3. H.E. Avery, Cinética química básica y mecanismos de reacción, Reverté, 1977
4. G.W. Castellan , Fisicoquímica, Addison Wesley Iberoamericana, 1983
5. J.H. Espenson, Chemical Kinetics and Reaction Mechanisms, Mc.Graw-Hill,
1995
6. K.J. Laidler, Cinética de las reacciones Vol. I y II, Alhambra, 1979
7. K.J. Laidler, Chemical Kinetics, Harper Collins, 1987
8. I.N. Levine, Fisicoquímica, McGraw-Hill, 1991
9. S.R. Logan, Fundamentos de Cinética Química, Addison Wesley
Iberoamericana, 2000
10. M.J. Pilling y P.W. Seakins, Reaction Kinetics, Oxford Science Pub., 1995
11. F. Walsh, A first course in Electrochemical Engineering, The Electrochemical
Consultancy, 1993