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FISICOQUÍMICA
Presentación e Introducción Descripción del curso
Requerimientos para aprobar Definición de Fisicoquímica
Breve reseña histórica
Noelia Burgardt2012
Docentes Profesor a cargoNoelia Burgardt ([email protected])
InstructoresNicolás Palopoli ([email protected])Adrián Kalstein ([email protected])
Noelia Burgardt2012
Información general
Días: Martes y Jueves Horario: 9:30-12:30 Aulas: 106 / 40 Laboratorio: 11 Página web:http://fisicoquimicaunq.blogspot.com/
Noelia Burgardt2012
Descripción del curso
Tipo de clases
Teóricas opcionales
Seminarios opcionales
Laboratorios OBLIGATORIA
Noelia Burgardt2012
Descripción del curso
Organización
El contenido del curso se dicta en tres módulos
Hay 1 parcial y 1 laboratorio por cada módulo
Hay sólo 1 recuperatorio por parcial
Noelia Burgardt2012
Descripción del curso
Módulos
Termodinámica
Equilibrio
Cinética
Noelia Burgardt2012
Descripción del curso
Laboratorios Clase previa al TP OBLIGATORIA
Parcialito durante la clase previa
Clase de laboratorio OBLIGATORIA
Informe OBLIGATORIO
Plazo máximo de entrega del informe: 1 semana
Comisiones A y BNoelia Burgardt
2012
Descripción del curso
Requerimientos para aprobar el curso
Aprobar los parciales
Asistir a las clases obligatorias
Aprobar los informes de laboratorio
Aprobar el examen integrador
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Descripción del curso
Promoción y Nota Final Promoción: aprobar todo con ocho o más.
Si recuperan un examen les queda la nota del
recuperatorio.
Nota final: promedio de los parciales (se redondea con
las notas de los informes).
Noelia Burgardt2012
Noelia Burgardt2012
Ejemplos
Parcial * Recuperatorio Clase TP Informe TP Nota Final
+ + + Aprobado
- + + + Aprobado
- - Desaprobado
+ - Pendiente
+ + - Pendiente
* Se considera al integrador en esta columna, aunque el mismo no tiene recuperatorio.
Cronograma
Fechas de clases OBLIGATORIAS
Martes 5/06: Clase de explicación de TPs
Martes 12/06 - Jueves 14/06: TP1A-TP1B
Martes 19/06 - Jueves 21/06: TP2A-TP2B
Martes 26/06 - Jueves 28/06: TP3A-TP3B
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Cronograma
Fechas de exámenesABRIL Martes 10 Primer Parcial
Martes 17 Rec. 1er parcialMAYO Jueves 10 Segundo Parcial
Jueves 17 Rec. 2do parcialJUNIO Jueves 7 Tercer ParciaL Martes 19 Rec. 3er parcialJULIO Martes 10 INTEGRADOR
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Definición de Fisicoquímica
La fisicoquímica es el estudio de los principios físicos fundamentales que
gobiernan las propiedades y el comportamiento de los sistemas
químicos.**Fisicoquímica, Ira N. Levine
Noelia Burgardt2012
¿Para qué me sirve estudiar Fisicoquímica?
Universidad Nacional de Quilmes
Yo estudio Biotecnología!
Yo Alimentos!
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Ingeniería en Alimentos
- Desarrollar, proyectar, calcular, controlar y optimizar procesos industriales de fabricación, transformación y envasado de los productos alimenticios.
- Diseñar, implementar y controlar sistemas de procesamiento industrial de alimentos.
- Investigar y desarrollar técnicas de fabricación para el mejor aprovechamiento de recursos naturales y materias primas.
- etc
Licenciatura en Biotecnología
- Planificar, desarrollar y controlar procesos biotecnológicos en escala de laboratorio, planta piloto e industrial.
- Desarrollar sistemas de diagnóstico de laboratorio en el ámbito de la sanidad humana, animal y vegetal.
- Realizar estudios e investigaciones referidos a la biología, bioquímica, biología celular, biología molecular y microbiología.
- Realizar análisis de contaminaciones ambientales y diseñar metodologías de biorremediación
- etc Noelia Burgardt2012
Tarea
Buscar aplicaciones de la Fisicoquímica en el
campo profesional relacionado a la carrera que
están estudiando.
Indicar con que módulo de la materia
(termodinámica, equilibrio, cinética) está
relacionada dicha aplicación.
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Conocimientos previos
Física Fisicoquímica Química
Matemática
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TEORÍA Y LABORATORIO
Conocimientos previos
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Química
- Elementos y compuestos. Sustancias puras y mezclas- Átomos, iones y moléculas. Pesos atómicos, mol
- Unidades de concentración (molalidad, molaridad, % P/P, %P/V, fracción molar)
- Estequiometría- Enlace químico
- Soluciones, solutos iónicos, no iónicos, grado de disociación
- Equilibrio químico- Gases ideales
- Estructura atómica y molecular
Conocimientos previos
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Física
- Leyes de Newton- Energía mecánica, cinética y potencial
- Conservación de la energía- Electrostática: carga eléctrica, ley de Coulumb, trabajo
y potencial eléctrico- Electricidad: corriente, diferencia de potencial,
resistencia, ley de Ohm- Unidades (longitud, superficie, volumen, masa, carga,
fuerza, presión, trabajo, potencia)
Conocimientos previos
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Matemática
- Funciones de una variable (recta, polinomio, logaritmo, exponenciales)
- Límite- Derivada
- Diferencial- Integrales definidas e indefinidas
- Ecuaciones diferenciales- Funciones de varias variables
- Derivadas parciales
Conocimientos previos
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Laboratorio
- Reglas de comportamiento, higiene y seguridad - Identificación del material y uso adecuado del mismo
- Medición de volumen y peso- Preparación de soluciones
- Titulación ácido/base- Espectroscopia UV/VIS
- Análisis de datos experimentales
Un poco de historia...
¿Cómo y por qué se desarrollo la fisicoquímica
como ciencia?
1800 2012
1887Reconocimiento de la
Fisicoquímica como disciplina Noelia Burgardt2012
Contexto de la época
- Gases: ley de Boyle (1962), ley de Charles (1787) y Gay-Lussac (1802), constante de los gases ideales
- Estudio de reacciones de combustión y oxidación (armamento, fuente de energía, máquinas a vapor)
- Teorías propuestas para explicar la combustión y la oxidación: el flogisto y el calórico
Noelia Burgardt2012
Contexto de la época
El flogistoLa teoría del flogisto, sustancia presente en algunos compuestos que
representa la inflamabilidad, fue postulada a finales del siglo XVII y establecía que toda sustancia susceptible de sufrir combustión contiene flogisto, y el proceso de combustión consiste básicamente en la pérdida
de dicha sustancia.
El calóricoSe define al calor como una sustancia presente en todos los
compuestos. Si un cuerpo pierde fluido calórico, su temperatura disminuye, y ésta aumenta si el cuerpo gana fluido calórico.
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1798 - Primer evidencia en contra de la teoría del calórico
Benjamín Thompson, Conde de RumfordMilitar, científico e inventor
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- La construcción de cañones usando taladros genera calor de forma casi inagotable.
- Teoría del calórico: el taladro rompe el metal, liberando el calórico contenido en éste.
- El uso de un taladro viejo que no rompe el metal genera incluso más calor: el calor se genera por fricción.
Sin reconocimiento de sus pares hasta luego de
varias décadas.
1824 - Primer relación entre el calor y el trabajo
Sadi CarnotIngeniero y científico
Noelia Burgardt2012
Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego
Descripción del ciclo energético de una máquina idealizada, cuyo rendimiento depende únicamente de las temperaturas inicial y final de la sustancia que la impulsa.
Este trabajo permitió plantear un modelo de un sistema termodinámico que permite hacer cálculos precisos.
Sin reconocimiento de sus pares hasta unas décadas
después.
Una máquina ideal
1842 - Primer principio de la termodinámica
Julius Robert von MayerMédico
Noelia Burgardt2012
- La sangre venosa era muy rica en oxígeno porque el cuerpo humano en los trópicos no necesita quemar tanto oxígeno para mantener el cuerpo caliente
- Midiendo el aumento de temperatura de la pulpa de papel obtuvo una cifra para conocer la unidad de calor hecha por el movimiento mecánico hecho por el caballo para removerla.
Principio de conservación de la energía: El calor se convierte en trabajo y el trabajo se en calor
En 1847, Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz llegó a la misma idea sin conocer el trabajo de Mayer y se le atribuye la paternidad del principio de conservación de la
energía.
1847 - Primer principio de la termodinámica
Noelia Burgardt2012
James Prescott JouleCervecero y físico
Una cantidad dada de energía debería producir siempre la misma cantidad de calor.
Experimento: agitar agua o mercurio con ruedas de paletas, medir la energía invertida por éstas y observar el aumento de temperatura en el líquido.
Se introdujo la unidad de energía “joule” en su honor
Primer Principio de la Termodinámica
ΔE = q + w
La variación de energía de un sistema termodinámico cerrado es igual a la diferencia entre la cantidad de calor (q) y la cantidad de trabajo (w) intercambiados por el sistema con
sus alrededores.
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1850 - Segundo principio de la termodinámica
Rudolf Emanuel Clausius
Físico
Noelia Burgardt2012
Über die der Kraft bewegende Wärme (Sobre el poder del calor en movimiento):contradicción entre el principio de Carnot y el concepto de conservación de la energía.
Enunció el segundo principio de la termodinámica como la imposibilidad de flujo espontáneo de calor de un cuerpo frío a otro caliente, sin la aplicación de un trabajo externo.
En 1865 introdujo el término entropía, definido como la capacidad del calor para desarrollar trabajo.
1851 - Segundo principio de la termodinámica
William Thomson (lord Kelvin)
Físico y matemático
Noelia Burgardt2012
Dynamical theory of heat (la teoría dinámica del calor)
Demostró que las conclusiones de Carnot no se oponían a la obra de Rumford, Robert Mayer y Joule.
Junto con el enunciado equivalente de Clausius, del año anterior, el trabajo
de Thomson integra la base del segundo principio de la termodinámica
Segundo principio de la Termodinámica
Es imposible que un sistema realice un proceso cíclico cuyos únicos efectos sean el flujo de
calor hacia el sistema desde una fuente fría y el flujo de una cantidad igual de calor desde el
sistema hacia una fuente caliente.*
Noelia Burgardt2012
* Enunciado de Clausius, Fisicoquímica, Ira Levine
1860 - Teoría cinética de los gases
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Otra vez Clausius...Contribuyó al campo de la teoría cinética con un modelo de la energía traslacional, rotacional y
vibracional de gases.
Rudolf Emanuel Clausius
Físico
La primer deducción de la teoría cinética fue realizada por Daniel Bernoulli en 1738. Luego, en 1845 John Waterston desarrolló varios conceptos de cinética. Estos aportes no fueron aceptados hasta que Joule demostró que el calor es una forma de transferencia de energía.
1870 - Teoría cinética de los gases
Ludwing Boltzmann
Físico
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Boltzmann trabajó en establecer cómo el movimiento
de los átomos y su mutua interacción determina las
propiedades macroscópicas de la materia.
Explicó la segunda ley de la termodinámica aplicando leyes de la mecánica y la teoría de la probabilidad a los movimientos
de los átomos.
James Maxwell
Físico
1875 - Teoría cinética de los gases
Noelia Burgardt2012
Aplicó el análisis estadístico a la interpretación de la teoría
cinética de los gases,demostrando que la predicción estadística puede describir el comportamiento de una gran
cantidad de moléculas moviéndose por su cuenta y colisionando incesantemente
unas con otras (distribución de Maxwell-Boltzmann)
1875 - Termodinámica de las sustancias heterogéneas
Josiah Willard GibbsFísco y químico
Noelia Burgardt2012
La descripción física de los procesos termodinámicos llevó a Gibbs a desarrollar la mecánica estadística, que fue útil para la moderna mecánica cuántica.
Definió una nueva función de estado del sistema
termodinámico, la energía libre o energía de Gibbs, que permite prever la espontaneidad de un
proceso fisicoquímico
"On the Equilibrium of Heterogeneous Substances”
1877 - Termodinámica de las reacciones químicas
Jakobus Hendrikus Van't Hoff
QuímicoPremio Nobel de
QuímicaNoelia Burgardt
2012
Trabajó en el tratamiento termodinámico de los procesos químicos y en la teoría de las
soluciones.
Fue el primero en enunciar y desarrollar matemáticamente que la presión osmótica de una sustancia disuelta es igual a la presión que la
misma cantidad de sustancia ejercería si se encontrase en estado gaseoso y
ocupase un espacio igual al de la solución.
1887 - Fisicoquímica como disciplina
El reconocimiento de la química física como disciplina comenzó cuando Wilhelm Ostwald
fundó la revista Zeitschrift für Physikalische Chemie con J.H. van´t Hoff como co-editor.
Wilhelm OstwaldQuímico y filósofo
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1889 - Relación entre la velocidad de reacción y la temperatura
Svante August Arrhenius
Físico y químicoPremio Novel de Química
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Descubrió que la velocidad de las reacciones químicas depende de la temperatura, en una relación proporcional
a la concentración de moléculas existentes.
1897 - Cuantización de la energía
Max PlanckFísico
Premio Nobel de Física
En física clásica la energía toma un intervalo continuo de valores.
Planck restringió la energía de una carga oscilante a un múltiplo de hv,
al que denominó cuanto de energía.
Así, en física cuántica la energía está cuantizada.
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1900 en adelante - Mecánica cuántica
- Modelo del átomo de hidrógeno (1913)
- Función de onda (1926)
- Principio de incertidumbre (1927)
Niels BohrFísico
Premio Novel de Física
Werner HeisenbergFísico
Premio Novel de Física
Erwin SchrödingerFísico
Premio Novel de Física
Noelia Burgardt2012
Fisicoquímica moderna
- termoquímica (termodinámica química)- cinética y dinámica química- química cuántica- mecánica estadística- electroquímica, magnetoquímica- energética- química del estado liquido y de superficies- espectroscopía- ciencia de materiales Noelia Burgardt
2012
