Dades generals

Curs acadèmic:
2009
Descripció:
Introducció a la termodinàmica química. Termoquímica. Gasos. Equilibri químic i electroquímic. Equilibri entre fases. Dissolucions.
Crèdits:
6
Idioma principal de les classes:
Català
S’utilitza oralment la llengua anglesa en l'assignatura:
Gens (0%)
S’utilitzen documents en llengua anglesa:
Poc (25%)

Grups

Grup A

Durada:
Semestral, 2n semestre
Professorat:

Competències

  • Conèixer els aspectes més importants de la terminologia química: nomenclatura, convencions i unitats
  • Conèixer les característiques dels diferents estats de la matèria i els models teòrics que els descriuen
  • Conèixer els principis de la termodinàmica i les seves aplicacions a la química
  • Capacitat de demostrar els coneixements adquirits i la comprensió dels seus fets essencials: conceptes, principis i teories
  • Capacitat d’aplicar els coneixements adquirits a la resolució de problemes comuns tant de naturalesa qualitativa com quantitativa
  • Capacitat d’avaluar, interpretar i sintetitzar dades i informació química
  • Capacitat d’interpretar les dades obtingudes en les mesures i observacions experimentals, i de relacionar-ho amb la teoria adequada
  • Capacitat d’anàlisi i resolució de problemes, tant de naturalesa qualitativa com quantitativa
  • Capacitat per al càlcul numèric, incloent aspectes com l’anàlisi d’errors, estimació d’ordres de magnitud , i la correcta utilització de les unitats
  • Capacitat per aprendre, necessària per continuar el propi desenvolupament professional
  • Capacitat d’anàlisi i síntesi
  • Capacitat d’organització i planificació
  • Capacitat per prendre decisions

Altres Competències

  • Introduir l'estudiant a una sèrie de definicions i conceptes termodinàmics de gran utilitat tant en capítols posteriors com al llarg dels estudis.
  • Relacionar les diferents variables macroscòpiques a partir de les lleis dels gasos ideals. Treballar i consolidar el concepte de mescles de gasos ideals.
  • Introduir el concepte de temperatura i la seva escala absoluta.
  • Introduir la diferencia entre diferencial exacte i inexacte i introduir alguna de les propietats que presenten les derivades parcials.
  • Aprendre a utilitzar les derivades parcials i l'anàlisi diferencial per deduir relacions generals entre magnituds que defineixen propietats macroscòpiques de la matèria.
  • Introduir els conceptes de treball i calor. Aprendre a calcular aquestes magnituds en diferents tipus de processos termodinàmics.
  • Introduir els conceptes d'energia interna, treball mecànic i calor. Introduir el Primer Principi de la Termodinàmica. Aplicació a diferents sistemes, especialment en gasos ideals. Analitzar la variació d'algunes funcions d'estat amb la pressió, el volum i la temperatura.
  • Realitzar càlculs per a diferents tipus de processos i camins termodinàmics. Avaluar les diferents magnituds estudiades.
  • Estudiar la dependència entre diferents variables termodinàmiques (P, V, T, ...) així com definir la capacitat calorífica a pressió o volum constants.
  • Resoldre problemes de calorimetria.
  • Formular el segon principi de la termodinàmica i comprendre el concepte d'entropia. Dur a terme càlculs d'entropia i la seva variació per a diferents processos i cicles, tan reversibles com irreversibles.
  • Introduir el concepte d'esponateïtat dels processos.
  • Introduir les funcions de Gibbs i Helmholtz i veure la seva utilitat en criteris d'espontaneïtat i d'equilibri material o químic.
  • Introduir a l'estudiant en els canvis termodinàmics que tenen lloc en una reacció química. Calcular les diferents funcions d'estat al llarg d'una reacció química. Saber calcular les seves variacions en relació als canvis de temperatura.
  • Coneixer el Tercer principi de la termodinàmica i portar a terme el càlcul d'entropia absoluta per a una substància.
  • Deducció de les equacions bàsiques de la termodinàmica. Saber calcular la variació dels potencials en funció de les variables del sistema.
  • Aprofundir en el concepte d'equilibri químic. Definir el grau d'avenç d'una reacció així com les diferents constants d'equilibri. Estudi del desplaçament en funció de la variació d'algunes de les variables macroscòpiques.
  • Introduir l'equilibri de fases i saber interpretar el diagrama de fases d'un sol component.
  • Saber interpretar el diagrama d'Andrews per a qualsevol gas que pugui ser liquat. Conèixer algunes de les equacions d'estat que descriuen el comportament dels gasos reals.
  • Introduir els diagrames de dos components líquid-líquid. Estudiar les lleis que seguixen les dissolucions ideals i quin comportament presenten les no ideals. Conèixer el fonament de la destil·lació fraccionada.
  • En general, aplicar els conceptes introduïts a l'estudi dels gasos i a l'equilibri químic i de fases.

Continguts

1. Definicions, conceptes generals i eines matemàtiques

2. Primer Principi de la Termodinàmica. Treball, calor, calorimetria. Entalpia. Coeficient de Joule-Thomson.

3. Termoquímica. Calor de reacció. Lleis de Lavoisier i de Hess. Equació de Kirchhoff.

4. Segon principi de la Termodinàmica. Màquines tèrmiques i frigorífiques. Enunciats del segon principi. Cicle i teorema de Carnot. Espontaneïtat. Escala termodinàmica de temperatures. Altres cicles.

5. Entropia. Igualtat i desigualtat de Clausius. Càlcul de variacions d'entropia. Interpretació de l'entropia. Tercer principi. Inaccessibilitat del zero absolut. Entropies absolutes. Entropia d'una reacció química.

6. Energia lliure i entalpia lliure. Funcions potencial. Energia de Gibbs estàndard d'una reacció química. Equacions de Gibbs-Helmholtz. Relacions de Maxwell. Equacions d'estat, de TdS i de les capacitats calorífiques.

7. Gasos reals. Diagrama d'Andrews. Factor de compressibilitat. Llei dels estats corresponents. Equacions d'estat dels gasos reals. Equació del virial i de van der Waals.

8. Sistemes oberts. Magnituds molars parcials. El potencial químic. Equació fonamental de la Termodinàmica química. Equació de Gibbs-Duhem. Potencial químic dels gasos. Fugacitat.

9. Equilibri químic. Grau d'avenç. Constants d'equilibri. Dependència amb la modificació de variables del sistema. Equació de Van't Hoff i principi de Le Chatelier.

10. Equilibri de fases i sistemes d'un sol component. Regla de les fases. Diagrames de fases. Equacions de Clapeyron i de Clausius-Clapeyron.

11. Dissolucions. Termodinàmica de mescla. Potencial químic en líquids. Lleis de Raoult i de Henry. Equilibri líquid-vapor en dissolucions líquid-líquid. Diagrames de fase. Destil·lació fraccionada. Dissolucions no ideals. Azeòtrops.

12. Dissolucions d'electròlits. Activitat i coeficients d'activitat mitjans. Determinació experimental. Força iònica. Teoria de Debye-Hückel. Equilibris iònics. Efecte d'ió comú. Efecte del dissolvent.

13. Sistemes electroquímics. Fases amb càrregues elèctriques. Potencials d'elèctrode. Força electromotriu. Potencials normals.

Activitats

Tipus d’activitat Hores amb professor Hores sense professor Total
Altres 0 105 105
Prova d'avaluació 6 0 6
Seminaris 14 0 14
Total 20 105 125

Bibliografia

  • Besalú i Llorà, Emili (2009 ). Termodinàmica química : un llibre d'autoaprenentatge . Girona: Documenta Universitaria. Catàleg
  • Atkins, P. W, De Paula, Julio (2002). Atkins' physical chemistry (7th ed). Oxford [etc.]: Oxford University Press. Catàleg
  • Levine, Ira N (2004). Físicoquímica (5ª ed). Madrid: McGraw-Hill. Catàleg
  • Claret Bonet, Josep, Mas Pujadas, Francesc, Sagués Mestre, Francesc (2003). Termodinàmica química i electroquímica. Barcelona: Llibres de l'Índex. Catàleg
  • Fonaments de termodinàmica, electroquímica i cinètica (cop. 1992). Barcelona: Publicacions [de la] Universitat de Barcelona [etc.]. Catàleg
  • Rodríguez Renuncio, Juan Antonio, Ruiz Sánchez, Juan José, Urieta Navarro, José Santiago (DL 1998). Termodinámica química. Madrid: Síntesis. Catàleg
  • Rodríguez Renuncio, Juan Antonio, Ruiz Sánchez, Juan José, Urieta Navarro, José Santiago (DL 2000). Problemas resueltos de termodinámica química. Madrid: Síntesis. Catàleg

Avaluació i qualificació

Activitats d'avaluació:

Descripció de l'activitat Avaluació de l'activitat %
Primer parcial (temes de continguts 1 a 3). Aquesta prova atorgarà una nota que equivaldrà a un terç de la qualificació en primera convocatòria. En el cas de no assistir a la prova, s'assignarà una nota de 0 punts.
Segon parcial (temes de continguts 4 a 7). Aquesta prova atorgarà una nota que equivaldrà a un terç de la qualificació en primera convocatòria. En el cas de no assistir a la prova, s'assignarà una nota de 0 punts.
Tercer parcial (temes de continguts 8 a 13). Aquesta prova atorgarà una nota que equivaldrà a un terç de la qualificació en primera convocatòria. En el cas de no assistir a la prova, s'assignarà una nota de 0 punts.
Examen de segona convocatòria (tots els continguts). Aquesta prova és obligatòria per qui no hagi superat la primera convocatòria. La prova tindrà un pes del 100% sobre la nota final de l'assignatura.

Qualificació

Tipus d'exàmens:
L'avaluació de l'assignatura es realitzarà a través de proves escrites que constaran de problemes i de qüestions teòriques.

La no compareixença a alguna de les proves parcials atorgarà un zero a la nota a ponderar corresponent.

Valoració:
Es valorarà principalment el coneixement de teories, aplicacions, mètodes i instruments, el grau de comprensió dels conceptes, el fet d'assolir un cert estil de raonament i pensament creatiu i de predicció, la capacitat de manipulació de les dades i la capacitat de resoldre problemes nous.
També influirà en la qualificació la capacitat per part de l'alumne/a d'expressar-se correctament i emprar el vocabulari específic del temari.

Observacions

Mètode docent:

En base als nous criteris formatius de l'Espai Europeu d'Educació Superior (EEES), per superar aquesta assignatura l'alumne/a haurà de realitzar contínuament tasques d'aprenentatge, individualment o en grup, sense el professor (autoaprenentatge). Aquest és un aspecte crucial sobre el que es basaran tant les actuacions del professor com les de l'alumnat.

Aquest fet també està motivat per les característiques especials de l'assignatura: durant els cursos 2009-2010 i 2010-2011 aquesta assignatura no té docència assignada, atès que que està emmarcada en el context de la finalització de l'oferta de la llicenciatura.

Les hores presencials del professor a l'aula es dedicaran fonamentalment a orientar a l'alumnat per poder realitzar l'esmentat autoaprenentatge. Es tractarà de tutories i seminaris. En iniciar el curs es donaran les indicacions necessàries i es proposarà el material per tal que aquest procés d'autoaprenentatge pugui ser realitzat.

Atès que el material docent recomanat pel professor està dissenyat per procedir de la manera indicada, no es modificaran les pautes descrites encara que l'alumnat o una part d'ell no es prepari l'assistència a les sessions programades.

L'aprenentatge de l'assignatura i la interacció amb el professor s'haurà de fer de forma continuada al llarg de tot el curs acadèmic i en els horaris establerts. És per això que en els dies previs a les proves d'examen només es contestaran dubtes de caire global, de consolidació, contextualització, etc., però no es contestaran qüestions puntuals que el professor consideri que ja es varen discutir durant el període de trobades programades.

Es treballarà fonamentalment sobre els continguts del llibre següent:

Termodinàmica Química. Un llibre d'autoaprenentatge
E. Besalú.
UdG Publicacions, Quaderns, 9
www.DocumentaUniversitaria.com
Edicions a Petició SL, Girona, 2009
ISBN 978-84-96742-94-9 (volum 1)
ISBN 978-84-92707-02-7 (volum 2)
ISBN 978-84-96742-93-2 (obra completa)


Els blocs de temes del contingut involucrats en els tres parcials de la primera convocatòria es corresponen amb les parts I i II (primer parcial), III (segon parcial) i IV (tercer parcial) del llibre esmentat.

Adreces WEB d'interés:

stark.udg.edu/~emili/docent
stark.udg.edu/~silvia/docent
iqc.udg.edu/~miquel/docent/termo/TERMO.HTM