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Ingeniería Química 1-3 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 Ingeniería Química 2-3 Curso 2002-2003 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. Ingeniería Química 3-3 Curso 2002-2003 TERMODINÁMICA y CINÉTICA QUÍMICA APLICADA 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