Programa

1. IDENTIFICACIÓN.

Materia: FISICOQUIMICA PARA INGENIEROS.

Código: IQ-5026

Prelación: IQ-5035

Ubicación: Sexto Semestre.

TPLU: 4-2-0-5

Condición : Obligatoria

Departamento: Química Industrial y Aplicada

2. JUSTIFICACION.

La Fisicoquímica proporciona los fundamentos que sustentan la gran mayoría de los procesos y operaciones de la Ingeniería Química. Sin duda,, el curso de Fisicoquímica para Ingenieros Químicos constituye una de las etapas más importantes en el proceso de formación del estudiante en esta carrera.

3. REQUERIMIENTOS.

Se requiere del estudiante el dominio de los fundamentos de:

Termodinámica Química.
Cálculo.

4. OBJETIVOS.

GENERALES

Introducir el desarrollo conceptual de los fenómenos fisicoquímicos y su importancia en la Ingeniería Química.

Enseñar los métodos de cálculo para problemas relevantes de la especialidad con énfasis en los utilizados en los procesos químicos.

5. CONTENIDO PROGRAMATICO.

CAPITULO 1. PROPIEDADES DE LAS SOLUCIONES DILUIDAS (6T 4P).

Ley de Raoult y Ley de Henry. Soluto no volátil y propiedades coligativas. Crioscopía, ebulloscopía y presión osmótica. Ley de distribución de un soluto entre dos solventes. Aplicaciones prácticas de las leyes.

CAPITULO 2 INTRODUCCION A LOS SISTEMAS HETEROGENEOS (2T 2P).

Regla de las fases para los sistemas heterogéneos multicomponentes. Sistemas de dos líquidos de solubilidad restringida. Lagunas de miscibilidad.

CAPITULO 3. SISTEMAS GAS -LIQUIDO (8T 6P).

BINARIOS IDEALES. Diagramas P vs. X, T vs. X y Y vs. X. Destilación simple y fraccionada. Regla de la palanca.

BINARIOS REALES Y AZEOTROPOS. Coeficiente de actividad y su relación con la energía libre de exceso. Valores reales. Determinación, fuentes y usos. Expresiones empíricas de Van Laar y Margules. Diagramas P vs. X, T vs. X y Y vs. X con azeótropos. El separador azeotrópico. Azeótropos con lagunas de miscibilidad. Recuperación de solventes. Destilación por arrastre con vapor.

MULTICOMPONENTES. Tratamiento general del equilibrio Gas- Líquido en sistemas multicomponentes. Tratamiento Flash usando monogramas de Ki.

CAPITULO 4. SISTEMAS SOLIDO-LIQUIDO (4T 3P).

Mezclas binarias con eutéctico. Mezclas binarias que forman compuestos estables. Mezclas con formación de compuestos inestables o peritécticos. construcción de diagramas usando análisis térmico. Aplicación de los diagramas al cálculo de los procesos de cristalización.

CAPITULO 5. TERNARIOS (5T 3P).

Representación de tres componentes en diagramas triangulares; teoremas. Tres líquidos con una laguna de miscibilidad, líneas de reparto y punto critico. Teorema de Kovolanov. Sistemas de dos sales en agua: simples, con formación de compuestos anhídridos e hidratados. Procesos de cristalización isotérmica y por enfriamiento. Separación de fases por agregado de una sal ( salting-out ).

CAPITULO 6. INTRODUCCION A LOS FENOMENOS DE SUPERFICIE (4T 2P).

Definición de tensión superficial y su determinación. Ecuación de Laplace. Ascenso y descenso capilar. Adsorción gas-líquido: Isoterma de Gibbs. Quimiadsorción y Fisiadsorción. Isotermas de Langmuir, Freundlich y Bet. Aplicaciones industriales de los fenómenos de superficie.

CAPITULO 7. CINETICA QUIMICA (10T 5P).

Velocidad y grado de avance de la reacción. Molecularidad, mecanismo y orden de reacción. Constante específica de velocidad, dependencia de la temperatura y energía de activación según Arrhenius. Tratamiento matemático de la cinética formal. Reacciones irreversibles de primer, segundo, tercer y enésimo orden. Reacciones de orden cero. Reacciones reversibles de primer y segundo orden. Reacciones consecutivas y paralelas irreversibles de primer orden. Determinación experimental del orden y constante cinética especifica. Métodos integral, de vida media, de exceso y de las velocidades iniciales. Importancia de la determinación a t = ¥. Aproximación al estado estacionario. Reacciones en cadena y unimoleculares en fase gaseosa. Reacciones heterogéneas no catalíticas, disolución de sólidos y formación de compuestos porosos superficiales . Reacciones catalíticas heterogéneas. Reacciones catalíticas de primer y segundo orden. Reacciones catalíticas homogéneas enzimaticas. reacciones ultrarápidas, métodos de flujo detenido y relajación del equilibrio.

CAPITULO 8. ELECTROQUIMICA IONICA (5T 3P).

Conductividad específica y equivalente. Medidas de celdas y puente de Wheastone. Ecuación de Kohlrausch. Teoría de la disociación electrolitica. Cálculo de las constantes de disociación y de los Kps. Titulaciones conductimétricas. Movilidad iónica y número de transporte. Determinación del número de transporte por el método Hittorf. El ión en solución, energía de hidratación, el efecto del solvato y el modelo de Onsager para la conductividad equivalente. El potencial termodinámico para los electrolitos. El coeficiente de actividad. Ley límite de Debye-Hûckel. Expresiones para soluciones concentradas.

CAPITULO 9. ELECTRODICA (8T 4P).

Celdas eléctroquimicas y convenciones. Tipos de electrodo. Potencial estándard. Usos de las tablas de potenciales, cálculo de potenciales difíciles de medir, constantes de estabilidad de complejos y Kps. Diagramas de estabilidad de los iónes en solución. Termodinámica de las pilas: f.e.m. y energía libre, ecuación de Nernst. Clasificación de las celdas galvánicas. Celdas de concentración con y sin transferencia. Uso de las celdas; determinación de los coeficientes de actividad y de Kps extremadamente pequeños. Baterías y celdas de combustible. Electrólisis y polarización . Teoría de la doble capa eléctrica. Deducción de la ecuación de Butler-Volmer y el caso simple de la ecuación de Tafel. Sobrepotenciales de H₂ y O₂ y aplicaciones. Procesos anódicos, generalidades.

6. METODOLOGIA

El curso se imparte mediante clases y sesiones de trabajo, donde se espera que el estudiante prepare previamente el material que será objeto de discusión en clase. En las primeras etapas del curso, el docente facilita toda la información y a medida que se progresa en el mismo, el docente induce, cada vez con mayor énfasis, la construcción individual del conocimiento. En las sesiones prácticas, se invita a los estudiantes a disponerse en grupos y se proponen problemas que aumentan gradualmente su complejidad. Se permite un tiempo prudencial en cada problema para que los grupos diserten sobre la solución del mismo y al final el docente hace una recopilación de las soluciones propuestas y puntualiza la resolución final.

El contenido del curso se complementa con lecturas sobre diversos tópicos de interés, como biografías de personajes relevantes en la historia de la Fisicoquímica y artículos de actualidad.

7 RECURSOS.

Recursos audiovisuales. Programas Computacionales.

8. BIBLIOGRAFIA.

Suarez G. de C. J. Apuntes texto de FISICOQUÍMICA para Ingenieros Químicos. Publicación Facultad de ingeniería U.L.A. Mérida, 1.995. (disponible en la oficina de Publicaciones).

Capítulos 1 al 6. (disponibles en la biblioteca)

Atkins, P.W. Fisicoquímica. 3a Edición. Adinson-Wesley Iberoamericana. E.U.A. 1995.

Karapetian, Termodynamique Chimique. Ed. Mir. CEI. 1980.

Smith, Van Ness. Introducción a la termodinámica en ingeniería Química. 4a Edición Mc Graw Hill. 1992.

Castellan, G. Fisicoquímica. Fondo Educativo Interamericano. México, 1978.

Capitulo 7.

Atkins, P.W. Fisicoquímica. 3a Edición. Adinson-Wesley Iberoamericana. E.U.A. 1995.

Levine, I. Fisicoquímica. Mc Graw-Hill. 1978.

Jungers. La Cinétique Chimique Appliquée. Techhnip. Paris, 1960.

Capitulo 8 y 9.

Castellan, G. Fisicoquímica. Fondo Educativo Interamericano. Mexico, 1978.

Bockris. Eletroquímica Moderna. Reverté, Barcelona. 1978.