FISICOQUIMICA I - Universidad de Santiago

PLANIFICACIÓN DE ASIGNATURA
I
IDENTIFICACION GENERAL DE LA ASIGNATURA
CARRERA
DEPARTAMENTO
ASIGNATURA
PRERREQUISITOS
CREDITOS (TEL)
AÑO
RÉGIMEN DE ASISTENCIA
PALABRAS CLAVE
HORAS PEDAGOGICAS
BIOQUIMICA
CIENCIAS DEL AMBIENTE
FISICOQUIMICA I
CÓDIGO 66112
Química General II, Matemáticas II
4-2-0
SEMESTRE
Primer Semestre 2010
Obligatoria
Termodinámica, energía, entalpía, energía libre, entropía,
potencial químico, equilibrio químico, equilibrio de fases
TEORIA
56
EJERCICIO
28
LABORATORIO
0
II DESCRIPCION DE LA ASIGNATURA
El curso de fisicoquímica I tiene un carácter teórico cuya finalidad es permitir la interpretación de
fenómenos macroscópicos en términos de modelos microscópicos y termodinámicos de la materia.
Estos modelos incluyen los conceptos de cuantificación de la energía a nivel microscópico, y los
principios de la termodinámica aplicados a sistemas de uno y varios componentes para moléculas
neutras. Así como permitir establecer las situaciones de equilibrio y cambio físico con base en el
concepto de entropía y de los criterios de espontaneidad. La conceptualización de los fenómenos
macroscópicos en términos de estos modelos es fundamental para la formación científica básica del
estudiante, permitiéndole estar capacitado para abordar los cursos de especialización posteriores del
plan de estudio, como Química Orgánica, Química Analítica, y Bioquímica.
III OBJETIVO GENERAL
Al término de la asignatura, el alumno debe demostrar competencia en el conocimiento y la
comprensión de los conceptos estándar que se definen en la fisicoquímica: Modelos microscópicos
de la materia, Termodinámica, Energía, Entalpía, Energía Libre, Entropía, Potencial químico.
Equilibrio químico, Equilibrio de fases. Además, debe demostrar competencia en el análisis, síntesis
y evaluación de situaciones problemáticas conceptuales referidas a los mencionados conceptos
estándar.
IV CAPACIDADES A LOGRAR POR EL ALUMNO
El profesional será capaz de valorar y aplicar el método científico, desde la perspectiva de la
fisicoquímica, a su desempeño laboral.
Deberá conocer las fuentes de información necesarias para la resolución de situaciones
problemáticas en el ámbito de investigación básica y aplicada, desde una perspectiva fisicoquímica
Proveer técnicas específicas para el manejo y gestión de la comunicación y del conocimiento
científico en esta área.
Contribución al desarrollo de competencias genéricas
El profesional debe ser capaz de comprender y aplicar modelos científicos en una fase inicial. En
una segunda fase, deberá ser capaz de proponer y evaluar modelos en consecuencia con la
estructura teórica estándar. El desarrollo de estas capacidades le permitirá influir acertadamente en
la solución de problemáticas en el contexto socio-laboral en el cual se desempeñe.
Competencias procedimentales o instrumentales
El alumno deberá demostrase competente en el manejo metacognitivo necesario para la
construcción de su propio conocimiento científico pertinente a esta asignatura. Esto implica una
adecuada identificación de los verdaderos alcances y limitaciones de los diferentes modelos
fisicoquímicos. Esta competencia es proyectable a su futuro desempeño socio-laboral, tanto en el
área empresarial como académica.
V UNIDADES TEMÁTICAS
UNIDAD I: Descripciones macroscópicas y microscópicas de la materia
Aprendizajes Esperados

Criterios de evaluación
Interpretar cualitativamente el
comportamiento experimental
de sistemas macroscópicos en
términos de la estructura
microscópica de la materia y
sus propiedades.
Identifica las diferentes
formas de energía a nivel
microscópico
y
macroscópica
 Describe
las diferentes
formas de energía cinética y
potencial
a
nivel
microscópico.
 Explica el concepto de
energía interna

UNIDAD II: Energía cinética y temperatura.
Aprendizajes Esperados

Establecer relaciones
cuantitativas entre
parámetros experimentales
de sistemas macroscópicos
con los modelos
fisicoquímicos basados en
propiedades microscópicas
Criterios de evaluación
Relaciona el concepto de
energía cinética con
movimientos moleculares
 Describe la teoría cinética
de los gases e interpreta
presión y temperatura en
ese modelo.
 Asocia las distintas formas
de energía potencial a nivel
microscópica con
magnitudes macroscópicas.

Nº HORAS 6
Contenidos
Descripciones macroscópicas y
microscópicas
de
sistemas
materiales.
El concepto de energía. “formas” de
energías microscópicas.
La energía a nivel microscópico.
Energía cinética y potencial de las
partículas
constituyentes
del
sistema.
Energía interna.
Nº HORAS 3
Contenidos
Energía cinética y su relación con
movimientos moleculares. Caso del
gas ideal: relación temperatura y
energía cinética traslacional.
Teoría cinética de los gases.
Energía potencial entre átomos y
moléculas.
Relación con energías de enlace,
calores de vaporización y energía
electrónica.
Visualización del estado gaseoso
(ideal y real), líquido y sólido en
términos de la energía cinética y
potencial.
UNIDAD III: Concepto de distribución
Aprendizajes Esperados


Aplicar el concepto de
distribución estadística a
diferentes sistemas.
Aplicación de
Distribuciones de
velocidades y energías,
continuas y cuantizadas a
nivel microscópico.
Criterios de evaluación
Describe la ecuación de
estado de un gas ideal en
términos de un modelo
cinético
 Relaciona los conceptos de
distribución de velocidades y
energía con sus valores
medios
 Aplica las derivaciones
matemáticas de
distribuciones continuas y
cuantizadas.

UNIDAD IV: Primer principio de la termodinámica.
Aprendizajes Esperados


Criterios de evaluación
Manejar los conceptos  Describe el concepto de
básicos
de
la
función de estado.
termodinámica.
 Aplica elementos de
Establecer los procesos
ecuaciones diferenciales a
por los cuales el sistema
funciones de estado
intercambia energía con
 Aplica el primer principio de
los alrededores.
la termodinámica a procesos
simples
 aplica la función energía
interna y entalpía a procesos
a P constante y volumen
constante
UNIDAD V: Segundo principio de la termodinámica


Aprendizajes Esperados
Establecer las relaciones
entre
las
diferentes
propiedades del sistema.
Relacionar los parámetros

Criterios de evaluación
Describe y aplica el
segundo principio a
procesos espontáneos y
de equilibrio, en base a
Nº HORAS 3
Contenidos
La ecuación de estado de un gas
en términos de un modelo cinético.
Distribuciones de energía y valores
medios.
Distribución de velocidades y su
modificación por la temperatura.
Distribución de Boltzman a
partículas en un campo, aplicación
a la distribución en un campo
gravitacional.
Nº HORAS 9
Contenidos
Conservación de la energía
Concepto de función de estado.
Diferenciación entre propiedades de
estado y propiedades no de estado
Elementos
de
ecuaciones
diferenciales aplicables a las
variables de estado
Propiedades extensivas e intensivas.
Concepto de calor (Q) y trabajo (W).
Trabajo útil.
El primer principio con inclusión de la
radiación
Concepto de cambio de estado.
Concepto de proceso. Distintos tipos
de procesos. Concepto de ciclo y
máquina
Definición de entalpía.
Definiciones termodinámicas con el
calor a volumen (V) y presión (P)
constante
Nº HORAS 12
Contenidos
Enunciado
del
segundo
principio en términos de la
creación de entropía. Dirección
del flujo de calor y el equilibrio

termodinámicos
con
propiedades observables del
sistema.
Distinguir entre procesos
reversibles e irreversibles en
términos de la generación de
entropía (S).




la creación de entropía
Define la entropía del
universo como criterio
de espontaneidad
Describe y Aplica la
relación de la función
entropía como variable
de estado.
Enuncia el tercer
principio
Interpreta el concepto
entropía con desorden
térmico. Transformación de
trabajo en calor y de calor en
trabajo. Máquinas térmicas. La
entropía del Universo como
criterio de espontaneidad y
equilibrio. Aplicaciones a
procesos adiabáticos. La
entropía como función de
estado. Su variación con la
presión y la temperatura. El
tercer
principio
de
la
termodinámica. Entropía y
desorden.
UNIDAD VI: Definiciones de las funciones G y A
Aprendizajes Esperados
Establecer criterios de
espontaneidad y equilibrio en
los cambios físicos y químicos
a partir de las relaciones entre
los valores de las funciones de
estado y las características del
proceso fisicoquímico
Nº HORAS 6
Criterios de evaluación
 Describe y aplica los
conceptos de energía libre
y de Helmholtz como
criterios de espontaneidad
 Recuerda la dependencia
de la energía libre con
variables de estado
 Calcula variaciones de
energía libre y de Helmoltz
a distintos procesos.
Contenidos
Concepto de energía libre de
Gibbs (G) y de Helmholtz (A) y
su relación con el trabajo
máximo utilizable
Relaciones
entre
las
propiedades termodinámicas
Energía libre de Gibbs y
Helmotz como criterios de
espontaneidad y equilibrio y su
relación con el trabajo útil
Expresiones de A y G en
términos
de
volumen,
temperatura y composición.
Variación de G con la presión
para el gas ideal.
UNIDAD VII: Termodinámica en sistemas de varios componentes
Aprendizajes Esperados
Manejar el concepto de
potencial químico y su utilidad
para determinar la dirección
del cambio espontáneo y las
condiciones de equilibrio..
Criterios de evaluación


Explica el concepto de
propiedades molares
parciales
Define y aplica el
concepto de potencial
químico a sistemas de
varios componentes.
Nº HORAS 9
Contenidos
Procesos a P y T constantes.
Concepto de propiedad molar
parcial. Aplicaciones a los
volúmenes
Evaluación
de
propiedades
molares parciales, expresión de
propiedades
extensivas
en
términos de las propiedades
molares parciales
La ecuación de Gibbs-Duhem
Potencial químico
Variaciones del potencial químico
con la P y la T
Relaciones entre propiedades
molares parciales
UNIDAD VIII: Equilibrio de fases en sistemas de un componente
Aprendizajes Esperados



Aplicar los principios y
relaciones de la
termodinámica a los cambios
físicos de las sustancias
químicas del entorno.
Derivar expresiones
matemáticas que
correlacionen la variación de
la temperatura del cambio de
fase con la composición de
una solución.




Criterios de evaluación
Define la propiedad
general de equilibrio de
fases
Aplica la regla de las
fases en equilibrio de
fases de un componente
Interpreta los equilibrios
de fases en términos de
potenciales químicos
Aplica las ecuaciones de
Clausius y Clausius
Clapeyron.
Define y compara
transiciones primer orden
y ordenes superiores
UNIDAD IX: Sistemas de dos componentes
Aprendizajes Esperados
Aplicar el concepto de
potencial químico en la
descripción de las
propiedades físicas de
una mezcla.
 Relacionar el concepto
de potencial químico
con
las
medidas
experimentales
de
presión de vapor, y la
temperatura
de
vaporización, con la
composición de la
solución.





Criterios de evaluación
Aplica el concepto de potencial
químico a equilibrios líquido
vapor en sistemas de dos
componentes.
Define el comportamiento de
solución ideal
Interpreta y calcula diagramas
de equilibrio líquido vapor de
sistemas de dos componentes
con comportamiento ideal
Identifica el concepto de
actividad con relación al
potencial químico
Nº HORAS 6
Contenidos
Propiedad
general
del
equilibrio de fases
La regla de las fases
Aplicaciones a equilibrios de
fases de un componente.
punto triple
El principio de Le Chatellier.
Ecuaciones de Clausius y
Clausius-Clapeyron
Transiciones de fase de orden
superior,
polímeros
y
membranas.
Nº HORAS 6
Contenidos
Sistemas
de
dos
componentes
Equilibrio líquido-vapor
Soluciones ideales
Propiedades termodinámicas
Destilación.
Concepto de actividad.
Comportamientos límites
UNIDAD X: Soluciones diluidas
Aprendizajes Esperados
 Explicar el significado
de la solución ideal y
diluida ideal.
 Relacionar
la
composición de un
líquido y su vapor con
la presión total y
presiones parciales de
vapor.
 Describir
como los
cambios de presión y
temperatura afectan las
características
de
ebullición y congelación
en líquidos y sólidos







Criterios de evaluación
Describe el comportamiento de
solución diluida
Aplica las leyes de Henry y Roault
en soluciones diluídas
Interpreta desviaciones positivas y
negativas respecto al
comportamiento ideal y diluído
Maneja distintas expresiones de
potencial químico de soluto en
soluciones y sus respectivos
estados de referencia
Interpreta medidas
termodinámicas de soluciones de
gases en líquidos con relación a
interacciones intermoleculares y
efecto hidrofóbico
Explica las propiedades coligativas
con base en potenciales químicos
Aplica propiedades coligativas
para determinar concentraciones y
peso molecular
UNIDAD XI: Soluciones reales
Aprendizajes Esperados
Describir el
comportamiento de
soluciones reales y la
termodinámica de estos
sistemas.

Criterios de evaluación
Determina actividades y
coeficientes de actividad
en soluciones reales a
partir de diagramas de
equilibrio
 Describe las condiciones
necesarias para la
formación de azeótropos
 Describe y Aplica las
funciones energía libre,
entropía, volumen y
entalpía a mezclas
reales

Nº HORAS 6
Contenidos
Comportamiento de las
solvente y soluto en las
soluciones diluídas, ley de
Henry.
Termodinámica de las
soluciones diluídas
Desviaciones positivas y
negativas al
comportamiento ideal
Soluciones de gases y
sólidos en líquidos.
Expresiones del potencial
químico del soluto en
distintas unidades de
concentración
Propiedades coligativas
Nº HORAS 6
Contenidos
Soluciones reales con desviaciones
positivas y negativas a la ley de
Raoult.
Diagramas de equilibrio líquidovapor para sistemas con Azeótropos.
Termodinámica
de
soluciones
reales: energía libre de mezcla,
entalpía de mezcla, volumen de
mezcla, entropía de mezcla.
Determinaciones de coeficientes de
actividad en soluciones reales.
Destilación de soluciones reales.
UNIDAD XII: Equilibrio de fases en sistemas multicomponentes
Aprendizajes
Esperados
Construir
e
interpretar
diagramas
de
fases
de
mezclas binarias
y terciarias.
Aplicar la regla
de las fases a
sistemas
binarios
y
terciarios.
Criterios de evaluación
Interpreta diagramas de fases
para mezclas binarias.
Define inmiscibilidad parcial con
potenciales
químicos
y
equilibrio
de
soluciones
conjugadas
Interpreta y calcula diagramas
de equilibrio y curvas de
enfriamiento
en
equilibrio
sólido-líquido.
Define eutéctico
Interpreta
diagramas
de
equilibrio sólido gas
Representa equilibrios para
sistemas
de
varios
componentes
Nº HORAS 9
Contenidos
Criterios de equilibrio
Criterios
de
estabilidad
termodinámica
Líquidos parcialmente miscibles.
Termodinámica
de
líquidos
totalmente inmiscibles.
Destilación
Equilibrio líquido-sólido
Curvas de enfriamiento. Análisis
térmico diferencial
Eutécticos.
Equilibrio sólido-gas, hidratos.
Diagramas ternarios
Sistemas de tres líquidos.
Sistemas de dos líquidos y una
sal
Sales dobles
Metodología y actividades asociadas
Metodología. La presentación de los contenidos se realiza en forma de clases expositivas. Como
(soportes) medios audiovisuales se utilizan la pizarra y presentaciones en datashow. Las clases son
interactivas y promueven la participación de los alumnos mediante la resolución de ejercicios en
forma progresiva en el desarrollo de las distintos temas. Como fuentes de información se utiliza un
texto guía elaborado por académicos del área de Fisicoquímica de la Facultad, editado por la
Universidad de Santiago, y se propicia la consulta a otros textos dependiendo de los temas
específicos. El hábito de autoaprendizaje de los alumnos se incentiva además, mediante la
resolución de ejercicios y problemas en clases de ejercicios, de manera paralela a la teoría de la
asignatura. Además, se emplean sitios blogs en Internet diseñados por los profesores para discusión
de las clases.
Evaluación de las Unidades
Esta asignatura deja plena libertad a los académicos que la dictan para fijar el número, tipo y
ponderación de las formas de evaluación, así como la existencia o no existencia de un Examen
(Reglamento General del régimen de estudio de pregrado para alumnos ingresados a partir del año
2000, Universidad de Santiago de Chile).
El plan de estudios contempla 56 créditos de teoría y 28 de ejercicios, de manera que los profesores
dispongan, dentro de las 17 semanas del semestre, de un máximo de 18 créditos para la evaluación
de las clases de teoría y ejercicios, según se establezca al comienzo del curso.
No obstante, se sugiere la evaluación de las unidades en 4 pruebas parciales y un examen de
reemplazo con la ponderación descrita en el punto V
Tipo e instrumento
contexto
Evaluación sumativa en prueba parcial 1
Evaluación sumativa en prueba parcial 2
Evaluación sumativa en prueba parcial 3
Sala de clases
Sala de clases
Sala de clases
VI PONDERACIÓN DEL PROCESO EVALUATIVO
Prueba parcial 1
Prueba parcial 2
Prueba parcial 3
Examen
33.3%
33.3%
33.3%
*
(*) Sólo se eximen del examen los alumnos con todas sus notas superiores a 4.0 y que la nota del
examen reemplace el puntaje más bajo ponderándose con un 25%.
VII BIBLIOGRAFIA
BÁSICA
E. Abuin, E. Lissi, M. Paez, M. S. Ureta. Curso de Fisico-Química. Editorial
Universidad de Santiago de Chile, Santiago, Tomo I, 2003
COMPLEMENTARIA
P. W. Atkins. Physical Chemistry, Oxford University Press, 6th edition, 1999.
Levine. Fisicoquímica. Mc Graw Hill, 4ª edición, 1996, Vol.1,
G. Castellan. Fisicoquímica. Addison-Wesley Iberoamericana, 2ª edición, 1987.