Termodinámica Química II

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  Descripción del curso

  • OBJETIVOS: CONOCIMIENTOS Y CAPACIDADES

    OBJETIVOS GENERALES:

    • Desarrollar y aplicar recursos de la termodinámica a cuestiones de interés tecnológico en general.
    • Aplicar la termodinámica a la resolución de cuestiones de termoquímica.
    • Aplicar la termodinámica al análisis del equilibrio químico.
    • Aplicar la termodinámica a la teoría de las disoluciones.
    • Aplicar la termodinámica a los sistemas ternarios.
    • Aplicar la termodinámica a los equilibrios iónicos y las pilas galvánicas.

    
    OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

    • BLOQUE 1: Equilibrio químico
      
      
      1.1 Aplicar la Ley de Acción de Masas a los equilibrios químicos.
      1.2 Aplicar la Termodinámica a las disoluciones ideales.
      1.3 Realizar cálculos relacionados con calores de disolución.
      1.4 Aplicar la Termodinámica a las propiedades coligativas de las disoluciones.
      1.5 Aplicar la Termodinámica a los diagramas binarios.
      1.6 Realizar cálculos de higrometría.
      1.7 Aplicar la Termodinámica a los sistemas ternarios.
    • BLOQUE 2: Sistemas y procesos electroquímicos
      
      
      2.1 Realizar cálculos de conducción y transporte iónicos.
      2.2 Realizar cálculos de actividades iónicas.
      2.3 Aplicar la Termodinámica a los equilibrios ácido-base y de solubilidad.
      2.4 Aplicar la Termodinámica a las pilas galvánicas.
      2.5 Realizar cálculos de f.e.m. en pilas reversibles.
      2.6 Aplicar la Termodinámica a la determinación potenciométrica del pH.
    • BLOQUE 3: Complementos de Termodinámica Química
      
      
      3.1 Realizar balances de materia y energía en sistemas abiertos.
      3.2 Determinar temperaturas teóricas de llama.
      3.3 Determinar temperaturas y presiones de explosión teóricas.
      3.4 Aplicar las ecuaciones termodinámicas de estado a problemas de interés práctico.
      3.5 Reconocer e identificar la estabilidad de los equilibrios.

     

    ESQUEMA DE CONTENIDOS Y ACTIVIDADES

    	Créditos
    	Teóricos	Prácticos
    1. EQUILIBRIO QUÍMICO
    Ley de acción de masas. Termodinámica de disoluciones. Sistemas ternarios	1,2
    Resolución de ejercicios en aula: 0,6 créd.Prácticas de laboratorio: 0,8 créd		1,4
    2. SISTEMAS Y PROCESOS ELECTROQUÍMICOS
    Disoluciones iónicas. Conducción iónica. Equilibrios iónicos. Pilas galvánicas	0,8
    Resolución de ejercicios en aula: 0,4 créd. Prácticas de laboratorio: 0,2 créd		0,6
    3. COMPLEMENTOS DE TERMODINÁMICA QUÍMICA
    Sistemas abiertos. Temperaturas de llama y explosión. Ecuaciones termodinámicas de estado y aplicaciones. Estabilidad del equilibrio	0,5
    Resolución de ejercicios en aula: 0,3 créd		0,3
    Actividades de evaluación		0,2

     

    PRÁCTICAS EN GRUPOS REDUCIDOS:

    Nº de prácticas por curso y alumno: 5

    Nº de alumnos por grupo: 30 (máximo)

    Relación de contenidos:

    Práctica Nº 1: Equilibrio químico.

    Práctica Nº 2: Determinaciones calorimétricas. en todas la prácticas

    Práctica Nº 3: Propiedades de las disoluciones.

    Práctica Nº 4: Equilibrios de fases.

    Práctica Nº 5: Electroquímica.

    Lugar de realización:

    Laboratorio de Química Física

     

    ACTIVIDADES DE EVALUACIÓN O TAREAS PRÁCTICAS

    La evaluación no se limita a considerar la mera reproducción de contenidos, sino que se centra sobre la capacidad de aplicación de los conceptos y recursos expuestos en las clases y en el texto.

     

    Las prácticas de laboratorio se califican por evaluación continuada a lo largo del curso. Los alumnos que no la superen podrán someterse, si lo desean, a una prueba final de laboratorio. El aprobado de las prácticas de laboratorio es indispensable para la admisión al examen final de la asignatura.

     

    El examen consta de las dos partes siguientes, de igual peso:

     

    1. Varias cuestiones breves, que requieren aplicar la teoría impartida, pero no precisan de la memorización de contenido alguno.
    2. Varios problemas de aplicación, de idénticas características que los propuestos y resueltos durante el curso.

     

    Los alumnos disponen de unas tablas y formularios muy completos, que incluyen todas las constantes, valores y fórmulas que puedan necesitar.

     

    Durante el curso y en horas normales de clase se realizan pruebas aleatorias de evaluación continuada, sin previo aviso, sobre la materia del día y los inmediatamente anteriores. Con los resultados de estas pruebas y con la calificación de las prácticas de laboratorio se obtiene un factor de mejora, comprendido entre 1,00 y 1,20, que se aplica a la nota del examen.

     

    Finalmente, las calificaciones de los alumnos que han resultado aprobados se someten a un proceso de ajuste, siempre por exceso, para aproximar su distribución a las usuales en el ECTS (Sistema Europeo de Transferencia de Créditos).

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  Programa

  • BLOQUE 1: Equilibrio químico

    1.1: LEY DE ACCIÓN DE MASAS

    • Introducción.
    • Condición de equilibrio para una reacción química.
    • Afinidad de una reacción.
    • Fugacidad y actividad de un componente.
    • Estados normales.
    • Ley de Acción de Masas.
    • Variaciones de la constante de equilibrio.
    • Equilibrios gaseosos ideales.
    • Equilibrios no ideales.
    • Desplazamiento del equilibrio químico.

     

    1.2: TERMODINÁMICA DE LAS DISOLUCIONES

    • Introducción.
    • Calores de disolución.
    • Ecuación de Gibbs-Duhem.
    • Disoluciones ideales.
    • Ley de Raoult.
    • Disoluciones diluidas. Ley de Henry.
    • Propiedades coligativas de las disoluciones.
    • Ebullición y congelación.
    • Equilibrio osmótico.
    • Desviaciones del comportamiento ideal.
    • Diagramas de equilibrio líquido-vapor y líquido-líquido. Discusión.
    • Equilibrios sólido-gas. Discusión.
    • Higrometría.

     

    1.3: SISTEMAS TERNARIOS

    • Introducción.
    • Diagramas triangulares y sus propiedades.
    • Ley del reparto.
    • Extracción por disolventes.
    • Mezclas líquidas ternarias. Discusión.
    • Influencia de la temperatura.
    • Solubilidad de sales.
    • Sistemas con tres fases sólidas.

     

    BLOQUE 2: Sistemas y procesos electroquímicos

    2.1: DISOLUCIONES IÓNICAS

    • Generalidades.
    • Conducción iónica.
    • Conductancia equivalente.
    • Ley de la migración independiente.
    • Números de transporte.

     

    2.2: EQUILIBRIOS IÓNICOS

    • Introducción.
    • Actividades iónicas.
    • Coeficientes de actividad iónicos.
    • Teoría de las actividades iónicas.
    • Equilibrios ácido-base.
    • Equilibrios de solubilidad.

     

    2.3: PILAS GALVÁNICAS

    • Introducción.
    • Pilas reversibles.
    • Termodinámica de las pilas reversibles.
    • Semielementos o electrodos.
    • Uniones líquidas.
    • Cálculo de la f.e.m.
    • Ecuación de Nernst.
    • Determinación potenciométrica del pH.

     

    BLOQUE 3: Complementos de Termodinámica Química

    3.1: SISTEMAS ABIERTOS

    • Introducción.
    • Balances de energía.
    • Aplicaciones.

     

    3.2: TEMPERATURAS DE LLAMA Y DE EXPLOSIÓN

    • Introducción.
    • Temperatura de llama.
    • Temperatura y presión de explosión.

     

    3.3: FORMULACIONES Y REPRESENTACIONES TERMODINÁMICAS

    • Ecuaciones termodinámicas de estado.
    • Aplicaciones.
    • Diagramas termodinámicos.

     

    3.4: ESTABILIDAD DEL EQUILIBRIO

    • Introducción.
    • Estabilidad interna. Discusión.
    • Equilibrios metastables. Discusión.

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  Bibliografía

  • BÁSICA:

    • B-B-001. ATKINS, P.W. Fisicoquímica. 3ª ed. Addison-Wesley, 1991.
    • B-B-001. HERNÁNDEZ de LOPE, J.M., CÁMARA, A. y GARCÍA TORRENT, J. Prácticas de Laboratorio de Termodinámica Química. Madrid, Fundación Gómez-Pardo, 1998. (TEXTO)
    • B-B-003. LEVINE, I.N., 1993. Fisicoquímica . 3ª ed. McGraw-Hill, 1993.
    • B-B-004. MONTES, J.M. y GARCÍA TORRENT, J., 1998. Termodinámica química II. Madrid, Fundación Gómez-Pardo, 3ªed 2007. (TEXTO)
    • B-B-005. ROCK, P.A., 1989. Termodinámica química. Vicens-Vives, 1989.

     

    COMPLEMENTARIA:

    • B-B-006. Moran, M.J.; Shapiro, H.N. Fundamentos de Termodinámica Técnica. Ed. Reverté, S.A. 1999.
    • B-B-007. CASTELLAN, G.W Fisicoquímica. 2ª ed. Addison-Wesley, 1987.
    • B-B-008. FELDER, R.M. y ROUSSEAU, R.W. Principios elementales de los procesos químicos. 2ª . Addison-Wesley , 1991.
    • B-B-009. KLOTZ, I.M. y ROSENBERG, R.M.. Termodinámica Química. AC, 1977.
    • B-B-010. STADLER, H.P. Chemical Thermodynamics: Revision and Worked Examples. Royal Society of Chemistry, 1989.
    • B-B-011. WALL, F.T. Chemical Thermodynamics. W.H. Freeman, 1974.

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  Material de clase

  • • MC-F-001. Texto de la asignatura (PDF).
    • MC-F-002. Formulario (PDF)

    
    

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  Ejercicios, Proyectos y casos

  • Bloque 1: Equilibrio Químico

    • EP-F-001. Problemas de Ley de acción de masas 1 (PDF)
      Problemas propuestos para clase.
    • EP-F-002. Problemas de Ley de acción de masas 2 (PDF)
      Problemas propuestos para clase.
    • EP-F-003. Problemas de Disoluciones 1 (PDF)
      Problemas propuestos para clase.
    • EP-F-004. Problemas de Disoluciones 2 (PDF)
      Problemas propuestos para clase.
    • EP-F-005. Problemas de Disoluciones 3 (PDF)
      Problemas propuestos para clase.
    • EP-F-006. Problemas de Sistemas ternarios (PDF)
      Problemas propuestos para clase. Diagrama:
      
      • EP-F-007. Diagrama triangular (GIF)

     

    Bloque 2: Sistemas y procesos electroquímicos  

    • EP-F-008. Problemas de Termodinámica Química 1 (PDF)
      Problemas propuestos para clase.
    • EP-F-009. Problemas de Termodinámica Química 2 (PDF)
      Problemas propuestos para clase.
    • EP-F-010. Problemas de Termodinámica Química 3 (PDF)
      Problemas propuestos para clase.
    • EP-F-011. Problemas de Termodinámica Química 4 (PDF)
      Problemas propuestos para clase.
    • EP-F-012. Problemas de Termodinámica Química 5 (PDF)
      Problemas propuestos para clase.

     

    Bloque 3: Complementos de Termodinámica Química

     

    • EP-F-013.  Temas complementarios 1 (PDF)
      Problemas propuestos para clase.
    • EP-F-014. Temas complementarios 2 (PDF)
      Problemas propuestos para clase.
      
      Tablas y diagrama (Se encuentran en la sección de Bibliografía):
      
      • EP-F-015. Tabla A-3 Propiedades del agua saturada archivo
      • EP-F-016. Tabla A-4a Propiedades del agua, vapor sobrecalentado archivo
      • EP-F-017. Tabla A-4b Propiedades del agua, vapor sobrecalentado archivo
      • EP-F-018. Tabla A-5 Propiedades del agua, líquido subenfriado archivo
      • EP-F-019. Tabla A-16 Propiedades aire como gas ideal
      • EP-F-020. Diagrama de Mollier (S,H) del agua

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  Prácticas

  • • PR-F-001. Normas del laboratorio (PDF)
    • PR-F-002. Guión de las prácticas (PDF)
    • PR-F-003. Cuaderno de los resultados de las prácticas (PDF)
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  Pruebas de evaluación

  • Bloque 1: Equilibrio Químico

    • PE-A-001. Test 8.16 (PDF)
      Cuestiones de autoevaluación.
    • PE-A-002. Test 8.19 (PDF)
      Cuestiones de autoevaluación.
    • PE-A-003. Test 9.10 (PDF)
      Cuestiones de autoevaluación.
    • PE-A-004. Test 9.23 (PDF)
      Cuestiones de autoevaluación.
    • PE-A-005. Test 10.2 (PDF)
      Cuestiones de autoevaluación.
    • PE-A-006. Test 10.5 (PDF)
      Cuestiones de autoevaluación.

     

    Bloque 2: Sistemas y procesos electroquímicos

    • PE-A-007. Test 11.1 (PDF)
      Cuestiones de autoevaluación.
    • PE-A-008. Test 11.4 (PDF)
      Cuestiones de autoevaluación.
    • PE-A-009. Test 12.2 (PDF)
      Cuestiones de autoevaluación.
    • PE-A-010. Test 12.5 (PDF)
      Cuestiones de autoevaluación.
    • PE-A-011. Test 13.1 (PDF)
      Cuestiones de autoevaluación.
    • PE-A-012. Test 13.3 (PDF)
      Cuestiones de autoevaluación.

     

    Bloque 3: Complementos de Termodinámica Química

    • PE-A-013. Test 14.6 (PDF)
      Cuestiones de autoevaluación.
    • PE-A-014. Test 14.26 (PDF)
      Cuestiones de autoevaluación.

     

    Exámenes

    • EP-F-015. Septiembre 2002 (PDF)
      
    • EP-F-016. Diciembre 2002 (PDF)
      
    • EP-F-017. Junio 2003 (PDF)
      
    • EP-F-018. Septiembre 2007 (PDF)
      

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  Otros recursos

  • • OR-B-001. Vapor pressure.
      Procede de la University of Illinois. Duración 10'. Inglés.
    • OR-B-002. Vapor pressure of solutions.
      Procede de la University of Illinois. Duración 13'. Inglés.
    • OR-B-003. Osmometría de presión de vapor.
      Procede de la UNED. Duración 13'. Español.
    • OR-B-004. La destilación.
      Procede de la UNED. Duración 18'. Español.
    • OR-B-005. Reglas del equilibrio.
      Procede de la Open University. Duración 24'. Español.
    • OR-B-006. ¿Cómo reaccionan las moléculas?.
      Procede de la Open University. Duración 24'. Español.
    • OR-B-007. Oxidation.
      Procede de la Univ. of Liverpool. Duración 30'. Inglés.
    • OR-B-008. Reacciones electroquímicas.
      Procede de la Embajada francesa. Duración 12'. Español.

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  Autores del material

  • Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas Departamento de Ingeniería Química y Combustibles

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    José María Montes Villalón Profesor Emérito

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    Angel Cámara Rascón Catedrático de Universidad

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    Enrique Querol Aragón Profesor Titular de Universidad Interino

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    Javier García Torrent Profesor Titular de Universidad