UNLP
Planilla de Actividades Curriculares
Código: U0908
Fisicoquímica II
Última Actualización de la Asignatura: 14/08/2017

« Volver a asignaturas Carrera:     cursada el año:  , en el  Semestre  
Ver en cátedras »


CARRERAS PARA LAS QUE SE DICTA

Carrera Plan Carácter Cantidad de Semanas Año Semestre
03030 - Ingeniería Química 2002 Obligatoria
Totales: 0
Clases:
Evaluaciones:
3ro
-

CORRELATIVIDADES
Ingeniería Química - Plan 2002
PARA CURSAR PARA PROMOCIONAR
(F0304) Matemática C
(F0308) Física III A
(U0906) Química Analítica General e Instrumental
(U0907) Fisicoquímica I
(U0907) Fisicoquímica I

INFORMACIÓN GENERAL 

Área:
Departamento: 0

Ingeniería Química - 2002 plegar-desplegar

Tipificación: Tecnologicas Basicas

CARGA HORARIA

HORAS CLASE
TOTALES: 112hs SEMANALES: 7 hs
TEORÍA
-
PRÁCTICA
-
TEORÍA
4 hs
PRÁCTICA
3 hs

FORMACIÓN PRÁCTICA
Formación Experimental
32 hs
Resol. de Problemas abiertos
0 hs
Proyecto y Diseño
0 hs
PPS
0 hs

TOTALES CON FORMACIÓN PRÁCTICA: 144 hs

HORAS DE ESTUDIO ADICIONALES A LAS DE CLASE (NO ESCOLARIZADAS)
TEORÍA

-

PRÁCTICA

-


PLANTEL DOCENTE

Profesor Titular -  
Dr/a.Capparelli, Alberto Luis   mail alcappa2000@yahoo.com.ar

Jefe de Trabajos Prácticos -  
Dr/a.Ferraresi Curotto, Verónica   mail veroferraresi@gmail.com

Jefe de Trabajos Prácticos -  
Dr/a.Romero, Juan José   mail jromero.quim@gmail.com

Ayudante Diplomado -  
Ing.Revuelta, Mariana

Ayudante Diplomado - Interino, Dedicación Simple  
Lic.Lamarra, Javier

Ayudante Diplomado -  
Dr/a.Ferreyra, Darío

Ayudante Diplomado -  
Lic.Jori, Khalil

Ayudante Alumno -  
Lic.Cingolani, Santiago

OBJETIVOS

En esta segunda parte del curso de Fisicoquímica, se introduce al alumno en la descripción microscópica del comportamiento de los sistemas materiales. Los conocimientos adquiridos previamente no son suficientes para describir los comportamientos experimentales de las moléculas. Las herramientas modernas de análisis molecular, entre las que mencionaremos las espectroscopías (microondas, infrarroja, y electrónica), o las espectrometrías, como la resonancia magnética nuclear o la resonacia paramagnética, o las técnicas de resolución nanométricas -como la microcopía de efecto túnel y de fuerza atómica-, las bases de la termodinámica estadística y el efoque moderno de la cinética química homogénea y heterogénea hubieran sido posible sin los desarrollos provenientes de la mecánica cuántica molecular. La fisicoquímica se nutre de estos desarrollos para la mejor descripción de los fenómenos químicos. El estudio de fenómenos de transporte en gases, líquidos, soluciones de electrolitos y de sistemas macromoleculares constituye por si mismo un área importante tanto en las ciencias básicas como en la ciencia de los materiales.

PROGRAMA SINTÉTICO

Fenómenos de transporte en gases, líquidos, soluciones macromoleculares y de electrolitos.Elementos de mecánica cuántica molecular. Fundamentos de las spectroscopías atómicas, moleculares. Fluorescencia y fosforescencia.Elementos de termodinámica Estadística. Constantes de equilibrio y funciones de partición.Cinética química. Aspectos formales y básicos, teoría del complejo activadoSuperficies. Adsorción física y química. Cinética química heterogénea. Catálisis.

PROGRAMA ANALÍTICO 

Año: 2017, semestre: 1

Vigencia: 01/02/2002 - Actualidad

- Colisiones, camino libre medio, frecuencia de colisiones, número total de colisiones por unidad de tiempo y volumen. Calculo de colisiones con restricción en la energía. Fenómenos de transporte en gases. Líquidos, estructura y fenómenos de transporte. Movimiento browniano. Predicción de propiedades y su justificación. Trabajos experimentales.
- Macromoléculas, propiedades de transporte en sus soluciones. Trabajos experimentales.
- Soluciones de electrolitos. Fenómenos de transporte en estas soluciones. Trabajos Experimentales. Teorías.
Elementos de mecánica cuántica. Sistemas simples. Fundamentos de espectroscopías moleculares. Aspectos experimentales y teóricos. Estructura electrónica y enlace químico. Espectroscopías electrónica. Leyes experimentales. Fluorescencia y fosforescencia. Trabajos experimentales.
- Elementos de termodinámica Estadística. Funciones de partición y predicción de constantes de equilibrio.
- Cinética química formal, concepto de velocidad, orden de reacción, molecularidad y mecanismo. Determinación de órdenes de reacción. Reacciones complejas. Hipótesis del estado estacionario. Trabajos experimentales. Aspectos básicos de la cinética química. Teoría de colisiones. Teoría del complejo activado. Energía de activación, entalpía y entropía de activación. Predicción de constantes de velocidad. Factor estérico. Efecto de la presión sobre la constante de velocidad, volumen de activación. Efecto del medio sobre la velocidad de las reacciones químicas entre partículas cargadas (Trabajo experimental). Reactividad química. Superficies. Adsorción. Isotermas Trabajos experimentales empleando las isotermas de Freundlich y la de Gibbs. Cinética química heterogénea y catálisis.


1.- FENÓMENOS DE TRANSPORTE EN GASES.
Sección eficaz de colisión. Camino libre medio. Camino libre medio en mezcla de gases. Cálculo del número de choques. Función de distribución de velocidades de centro de masa y velocidades relativas. Concepto de velocidad relativa media. Cálculo del número de choques con restricción en la energía asociada en la colisión. Aspectos macroscópicos de los fenómenos de transporte. Interpretación molecular de los fenómenos de transporte en gases: viscosidad, difusión conductibilidad térmica. Métodos experimentales. Discrepancias entre teoría y la experiencia. Importancia de las fuerzas intermoleculares en estas propiedades: ecuación de Sutherland para la sección eficaz de colisión. Importancia de los grados de libertad internos en la conductividad térmica. Ecuación de Eucken y su correlación con el número de Prandt.


2.- EL ESTADO LÍQUIDO. VISCOSIDAD Y DIFUSIÓN EN LÍQUIDOS Y EN SOLUCIONES DE MACROMOLÉCULAS.
Fuerzas de cohesión. Presión interna. Métodos experimentales de medición de la presión interna de líquidos. Tensión de vapor. Energía superficial, su variación con la temperatura. Ecuación de Eotvos. Propiedades parcialmente aditivas y parcialmente constitutivas. Paracoro y estimación del volumen molar de sustancias. Trabajo de adhesión, esparcimiento de cohesión. Ecuación de Young-Laplace. Capilaridad. Determinación experimental de la energía superficial. Viscosidad de líquidos. Ecuación de Arrhenius-Guzmán. Hipótesis de Frenkel. Estructura de los líquidos. Elementos de la teoría de viscosidad de Eyring. Difusión. Ecuación de Einstein-Smoluchowski. Métodos experimentales para la determinación viscosidad y difusión. Número de Avogrado y su determinación. Macromoléculas, propiedades coligativas y de transporte en estas soluciones. Determinación de pesos moleculares. Peso moleculares número <Mn>, peso <Mw> y viscosimétrico. Interacciones intramoleculares e intermoleculares en las propiedades de la macromolécula. Importancia de la solvatación. Efecto de la temperatura. Trabajos experimentales.

3.- CONDUCCIÓN ELÉCTRICA EN SOLUCIONES DE ELECTROLITOS.
Conducción electrolítica. Leyes de Faraday. Propiedades coligativas de las soluciones de electrólitos. Aspectos experimentales de la conductibilidad eléctrica en soluciones de electrólitos. Conductibilidad específica molar y equivalente. Influencia de la temperatura y de la concentración de electrólito sobre estas magnitudes. Influencia del solvente. Clasificación de los electrólitos en soluciones acuosas. Hipótesis de Arrhenius. Concepto de ion y de disociación del electrólito en iones. Soporte experimental. Concepto de movilidad iónica. Cálculo del grado de disociación a partir de medidas de conductibilidad equivalente, comparación con aquellos obtenidos a partir de las propiedades coligativas. Discrepancias y sus causas. Números de transporte, métodos experimentales. Cálculo de conductibilidades iónicas molares, movilidades iónicas y velocidad de migración de iones. Relación entre conductibilidad molar y coeficiente de difusión de iones. Influencia del solvente. Regla de Walden. Determinación del número de hidratación. Ley de dilución de Ostwald. Aplicación de la teoría de Debye-Hueckel a la conductibilidad de soluciones de electrólitos fuertes. Efecto de relajación y efecto electroforético. Su estimación en términos de la teoría de Debye-Hueckel. Ecuación de Debye-Hueckel-Onsager. Método de Sheldovsky para la medida de la conductividad molar y conductividad molar iónica a dilución infinita. Efectos de Wien y de Debye-Falkenhagen. Medida del tiempo de relajación de la atmósfera iónica. Trabajos experimentales.

4.- ESTRUCTURA DE LA MATERIA.
Fundamentos experimentales de la mecánica cuántica. Cuerpo negro y leyes de Wien, capacidad calorífica de sólidos y gases, efecto fotoeléctrico y estructura de líneas de los espectros atómicos. Hipótesis de Planck y sus aplicaciones a estos problemas. Ecuaciones de Einstein y de Debye para las capacidades caloríficas de sólidos. Modelo de Bohr para el átomo de Hidrógeno. Hipótesis de de Broglie. Ecuación de Schroedinger. Interpretación probabilística de la función de onda. Sistemas cuánticos simples. Partícula libre, partícula en la caja, rotor rígido, oscilador armónico y el átomo de Hidrógeno. Espectros atómicos y moleculares. Reglas de selección. Tratamiento básico del enlace químico. Orbitales moleculares y método combinación lineal de orbitales atómicos. Método de Hueckel y reactividad química en moléculas con electrones pi. Predicción de espectros electrónicos en sistemas pi conjugados. Discriminación de caminos de reacción bajo control de las propiedades electrónicas del sustrato, estimación de energías de activación en procesos de isomerización y de sustitución electrofílica.

5.- ESPECTROS MOLECULARES.
Espectros de rotación pura. Instrumentación. Reglas de selección. Interpretación. Espectro rotovibracionales. Instrumentación e interpretación. Reglas de selección. Espectros electrónicos. Regla de Franck-Condon. Fluorescencia y fosforescencia. Trabajos experimentales.

6.- ELEMENTOS DE TERMODINÁNICA ESTADÍSTICA.
Concepto de macro y microestados. Entropía y distribución más probable. Distribución de Boltzmann. Funciones de partición traslacional, rotacional, vibracional y electrónica. Potencial químico y funciones de partición. Evaluación de constantes de equilibrio a partir del conocimiento de la estructura molecular.

7.- CINÉTICA QUÍMICA.
Concepto de velocidad de reacción, orden de reacción y molecularidad de una reacción química. Reacciones de 1,2 y 3 orden. La ecuación de Arrhenius. Coeficiente de temperatura de una reacción química. Determinación de la energía de activación. Teorema de Tolman e interpretación de la energía de activación. Aplicación de la teoría de colisiones a reacciones bimoleculares. Hipótesis del estado estacionario. Reacciones monomoleculares. Mecanismo de Lindemann. Reacciones trimoleculares. Reacciones en cadena. Análisis del sistema: H2 + Br2 ----------> 2 HBr . Concepto de energía de activación global. Explosiones. Reacciones bajo control difusional. Efecto de la fuerza iónica sobre reacciones en los que participan iones.
Trabajos experimentales.

8.- ASPECTOS TEÓRICOS DE LA CINÉTICA QUÍMICA.
Concepto de superficie de energía potencial. Teoría del complejo activado. Elementos de la teoría de Eyring. Expresión del factor preexponencial de la ecuación de Arrhenius en términos de funciones de partición moleculares. Factor estérico y funciones de partición. Entalpía y entropía de activación. Energía libre de activación. Efecto de la presión sobre la constante de velocidad. Concepto de volumen de activación. Su medida.

9.- FENÓMENOS DE SUPERFICIE.
Adsorción. Tipos de adsorción. Resultados experimentales. Isotermas de adsorción. Ecuaciones de Langmuir, BET, Freundlich y Gibbs. Otras isotermas de adsorción. Importancia de las interacciones laterales. Quimisorción activada y no activada. Cinética química heterogénea. Mecanismos. Trabajos experimentales.


BIBLIOGRAFÍA

Año: 2017, semestre: 1

Vigencia: 01/02/2002 - Actualidad



El desarrollo del curso teórico, además de material de apuntes y filminas conteniendo detalles de las clases teoricas, se halla contenido con nivel equivalente en los siguientes textos:

1) P. Atkins. Physical Chemistry. Oxford University. 6ta Ed. (Existe una edición en castellano de la 6TA Ed.).·
2) I. Levine. Físicoquímica. Ed. Mc Graw-Hill-Interamericana, 4º Ed. Vol 1 y 2. También puede utilizarse la 3º Edición de la Ed. Wiley-Lymusa.
3) G. Castellan, Fisicoquímica, Ed. Interamericana, 2da Ed.·

Bibliografía Temática:
1) F. Sears. Introducción a la Termodinámica, teoría cinética de los gases y mecánica estadística. Ed. Aguilar.·
2) W. Kauzman. Teoría cinética de los gases. Ed. Reverté.·
3) J.O'M Bockris y A. Reddy. Modern Electrochemistry. Plenum Press (2 volúmenes). Se recomienda el primer volumen. Electroquímica moderna. Ed. Reverté.
4) G. Barrow, Estructura de las moléculas, Editorial Reverte.

La Bibliografia se encuentra disponible en la Biblioteca de la Facultad de Ciencias Exactas, parcialmente en el DIQ y en la Cátedra, donde el estudiante puede realizar las consultas pertinentes.

"Programa Aprobado en la 56º Sesión Ordinaria del H. Consejo Académico el 29/03/2004".

ACTIVIDADES PRÁCTICAS

En el curso se desarrollan los siguientes trabajos experimentales:- Viscosidad de líquidos y determinación de los parámetros de la ecuación de Arrhenius-Guzman- Viscosidad de soluciones de macromoléculas y determinación del peso molecular de una macromolécula- Electrolitos fuertes y débiles. Evaluación de una constante de equilbrio de un ácido débil.- Determinación de número de transporte.- Espectroscopía IR. Toma del espectro IR de monóxido de carbono y evaluación de parámetros moleculares y verificación de la ley de Boltzmann.- Espectroscopía UV-visible. Determinación del pK de un indicador- Espectroscopía de emisión de fluorescencia.- Cinética química por polarimétria y por conductimetría- Efecto de la fuerza iónica en la cinética de decoloración alcalina de un colorante artificial.- Adsorción de ácido acético sobre carbón activado empleando la isoterma de Freundlich- evaluación del exceso superficial y de la sección transversal de la molécula de n-butanol empleando la isoterma de Gibbs. Los alumnos reciben previamente a la realización de los trabajos prácticos, explicaciones generales con descripción de los fundamentos, objetivos y tratamiento de la información experimental a obtener.Los estudiantes completan un informe preliminar, previamente prediseñado y que se le entregan conjuntamente con la guía de trabajos prácticos, ya sea en forma de documento o en documento electrónico (CD).Para la realización del trabajo experimental se requiere de conocimientos mínimos. Existe un interrogatorio previo a cada trabajo experimental. Al finalizar las actividades experimentales, los alumnos rinden una prueba de evaluación para concepto global y de rendimiento del curso.La información experimental se procesa con ordenadores y programas de computación existente en este laboratorio.Se hace uso intensivo de análisis estadístico básico y de regresión lineal, polinomial y no lineal. La Cátedra provee todos los elementos que no se encuentran accesibles al alumno. Existen computadoras disponibles para el análisis e interpretación de resultados, de acceso directo al alumno en los horarios de trabajos prácticos del curso.

METODOLOGÍA DE ENSEÑANZA

El curso se desarrolla en dos niveles: clases teóricas y laboratorios.En las clases teóricas, se desarrollan los contenidos del curso ya descriptos. Las aplicaciones de los contenidos se presentan en forma de problemas, y los que presentan mayores niveles de complejidad se discuten como ejemplos en el dictado de las clases teóricas. El estudiante accede al material que se describe en las clases bajo la forma de apuntes.Las clases experimentales, de carácter obligatorio se desarrollan en el semestre abarcando distintos tópicos que se desarrollan en las clases de teoría. En este nivel, se introduce y ejercita al estudiante en el procesamiento de la información experimental mediante el empleo de programas de cálculos computacionales, manejo de planilla de cálculo e análisis estadístico. La Cátedra les facilita a los estudiantes el acceso a una computadora con este fin. Previa a la realización de los distintos grupos de trabajos experimentales, los estudiantes reciben de los auxiliares docentes clases de orientación y de presentación general de los temas a cubrir, precauciones en el manejo de material delicado, etc. Las guías de trabajos experimentales y problemas se le entregan al alumno como material impreso o en CD. Los alumnos deben presentar un informe donde se vuelcan los resultados experimentales obtenidos en los trabajos prácticos. Estos informes están diagramados mediante la forma de planillas que se le facilitan al estudiante y que deben completar al finalizar la actividad encarada.Las clases de trabajos prácticos se dictan en un turno semanal, y en este turno funcionan hasta 5 comisiones con un máximo de cinco alumnos. El curso se apoya fuertementen en la enseñanza personalizada, y tanto el Profesor como los docentes pueden ser consultados durante la semana laboral en horarios de trabajos prácticos y/o en días a convenir con ellos.

SISTEMA DE EVALUACIÓN

Todos los estudiantes son evaluados previamente a la realización de cada trabajo práctico. Esta evaluación determina si el alumno posee la preparación adecuada para la realización del mismo. Su aprobación es requerida. Cuando la evaluación no es satisfactoria, el estudiante debe concurrir en fechas a convenir con los docentes para su realización. Bajo ninguna circunstancia, la desaprobación de las evaluaciones previas ha constituido un mecanismo que conduzca a que un estudiante pierda el curso.Los alumnos de Ingeniería Química deben rendir dos exámenes teórico-práctico dado el carácter de curso de promoción que este reviste. Al finalizar el curso, los alumnos que han superado las evaluaciones con 6 puntos, tienen un coloquio, que se constituye en un mecanismo complementario que apunta a facilitar la integración de los conocimientos adquiridos en los módulos y contribuir a mejorar la calificación final del estudiante. Aquellos estudiantes que obtengan una nota entre 4 y 6 puntos, deben presentarse a rendir el examen final correspondiente.Todas las consideraciones se encuandran en la Ordenanza 28 de la Facultad de Ingeniería de la UNLP.

MATERIAL DIDÁCTICO

La Cátedra provee al estudiante de una guía de trabajos experimentales bajo la forma de CD o en papel.El estudiante tiene libre acceso al software que dispone la cátedra para el análisis de los resultados experimentales.Además se le entrega el material sobre el cual se preparan las clases teóricas.El personal docente en todos sus niveles está a disposicion del estudiante, en los turnos de trabajos prácticos y en horarios especiales en el caso del Profesor, para cualquier consulta que consideren pertinente.

ACTIVIDAD LABORATORIO-CAMPO


Calle 1 y 47 - La Plata (B1900TAG) - Pcia. de Buenos Aires - Argentina - Tel: (54) (221) 425-8911     -     Contacto: sistemas@ing.unlp.edu.ar