La termodinámica química o fisicoquímica es una rama de la química que estudia la materia

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UNIDAD 2.

Primera Ley de la Termodinámica

COMPETENCIA

1. Establecer la importancia de la energía en el desarrollo económico de los países. Establecer e ilustrar la primera ley de la termodinámica, las diferentes formas y flujos de energía, sus conceptos básicos y conversión en sistemas cerrados.

2. Aplicar la primera ley de la termodinámica en sistemas cerrados para resolver problemas en procesos adiabáticos e isotérmicos. Definir energía interna, flujo de calor, trabajo y capacidad calorífica. Definir procesos reversibles e irreversibles.

3. Describir los cambios de energía asociados con calor sensible, latente, en reacciones químicas y calcular los cambios de entalpia en procesos de cambios de fase y entalpías de formación.

CONTENIDOS

ESTRATEGIA DIDÁCTICA

INDICADORES DE LOGROS

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

SEMANA

Energía. Importancia de la energía en la economía mundial. Posición de Colombia en el contexto mundial. Trabajo y Calor. Energía interna. Primera ley de la termodinámica. La 1era ley en procesos cerrados. Equilibrio y reversibilidad. La ecuación general de trabajo. Trabajo en una expansión a presión constante. Expansión reversible. Expansión reversible isotérmica. Calor. Capacidad calorífica. Entalpía. Termoquímica: entalpía en reacciones químicas. Ley de Hess. Variación de las entalpías de reacción con la temperatura. Función de estado y diferenciales exactas e inexactas. Cambios en la energía interna. El experimento de Joule. El efecto Joule–Thomsom. Procesos adiabáticos. Cambio de temperatura y presión en procesos adiabáticos de gas ideal.

Las mismas de la Unidad I

El estudiante deberá ser capaz de explicar en sus propias palabras las siguientes definiciones: energía, energía interna, trabajo, flujo de calor, procesos reversibles e irreversibles, capacidad calorífica, entalpía, función de estado y de trayectoria, coeficiente de Joule-Thomsom.

El estudiante deberá reconocer con la información disponible la situación problémica dada y cómo aplicar la primera ley para identificar, formular y resolver problemas de ingeniería de procesos adiabáticos ó isotérmicos en sistemas como, compresión/expansión, estrangulamiento, etc.

El estudiante deberá resolver problemas asociados con cambios de entalpía asociados con calor sensible, latente y reacciones químicas.

Las mismas de la Unidad I

5-10

UNIDAD 3.

Segunda Ley de la Termodinámica

COMPETENCIA

1. Establecer e ilustrar la 2da. ley de la termodinámica, la entropía y sus conceptos básicos, incluyendo espontaneidad, reversibilidad e irreversibilidad, y eficiencia. Aplicar la segunda ley de la termodinámica en sistemas cerrados y aplicarlos para identificar, formular, resolver problemas de ingeniería de procesos isotérmicos y adiabáticos.

2. Establecer el signo del cambio de entropía para las reacciones químicas a partir del estado de agregación de los reactivos y de los productos.

3. Aplicar la segunda ley para predecir espontaneidad.

4. Establecer la tercera ley de la termodinámica.

5. Utilizar la información dada en las tablas para calcular los cambios de entropía en reacciones químicas.

6. Definir energía libre de Gibbs y Helmholtz y establecer su relación con el cambio de entropía en el universo.

7. Definir fugacidad.

CONTENIDOS

ESTRATEGIA DIDÁCTICA

INDICADORES DE LOGROS

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

SEMANA

Procesos espontáneos. Criterios de la espontaneidad. La espontaneidad y la aleatoriedad. Aumento de la aleatoriedad y cambio espontáneo. Definición de la entropía. Definición estadística de la entropía. La entropía como función de estado. Las máquinas térmicas. La máquina de vapor. La máquina térmica de Carnot. Cálculo de la eficiencia termodinámica. Derivación de la entropía a partir del ciclo de Carnot. Cambios de entropía en un gas ideal. Tercer principio de la termodinámica. Cálculo de los valores de la entropía. Termodinámica de los procesos reales. La energía de Helmholtz y la energía de Gibbs. Energía de Gibbs estándar y de formación. Relaciones fundamentales para sistemas cerrados Propiedades de la energía de Gibbs. Variación de la energía de Gibbs con la temperatura y la presión. Gases reales: fugacidad.

Las mismas de la Unidad I. Adicionalmente, los estudiantes deben realizar una visita a una empresa del sector energético, ya sea una termoeléctrica, hidroeléctrica o ambas.

1. El estudiante deberá ser capaz de explicar en sus propias palabras las siguientes definiciones: entropía, espontaneidad, reversibilidad e irreversibilidad, eficiencia, energía libre de Gibbs y de Helmholtz, fugacidad.

2. El estudiante deberá reconocer con la información disponible la situación problémica dada y cómo aplicar la segunda ley para identificar, formular y resolver problemas de ingeniería de procesos adiabáticos ó isotérmicos.

3. El estudiante deberá resolver problemas asociados con cambios de entropía en procesos de cambio de fase y reacciones químicas.

Las mismas de la Unidad I

11-16

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- BIBLIOGRAFÍA BÁSICA DEL CURSO

Physical Chemistry, Thermodynamics, Structure and Change, 10th Ed., P. Atkins and J. de Paula, W. H. Freeman and Co., New York, 2014.

- BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA DEL CURSO

Physical