En la enseñanza de la ciencia, la asignatura de Termodinámica ocupa un lugar preponderante, ya que proporciona a los estudiantes los fundamentos básicos para entender fenómenos de la naturaleza, tales como los cambios y las transformaciones energéticas inherentes a la materia, aplicado a sistemas en equilibrio.
El curso se enfoca principalmente en la Termodinámica Clásica, donde se estudian los fenómenos a partir de sus propiedades macroscópicas, siendo la experimentación el modo ideal para observarlos. La Termodinámica es imprescindible en los cursos de Física y Química en el nivel superior, ya que permite predecir la dirección natural de los procesos físicos y químicos así como las condiciones en las que mejoran su eficiencia.
Por tales motivos, la Termodinámica es un área muy importante como parte de la formación de los alumnos que estudian las ciencias físico-matemáticas y químico-biológicas, y por ende, es fundamental incluirla dentro de los planes de estudio de las carreras afines, entre ellas las cinco carreras que se imparten en la Facultad de Química de la Universidad Nacional Autónoma de México.
Para que conozcas la ubicación de la Termodinámica en el mapa curricular de tu carrera, así como su relación con otras asignaturas, haz clic en la siguiente imagen para descargar una presentación, o bien, puedes visualizarla a continuación:
- Cálculo diferencial e integral de una variable
Programa del curso de Termodinámica
UNIDAD 1. INTRODUCCIÓN A LA TERMODINÁMICA Y LENGUAJE TERMODINÁMICO.
1.1.Definición, campo de estudio y ramas de la Fisicoquímica.
1.2.Definición y campo de estudio de la Termodinámica.
1.3. Lenguaje termodinámico.
1.3.1. Definiciones de sistema termodinámico, alrededores, universo y pared.
1.3.2. Clasificación de paredes.
1.3.3. Clasificación de sistemas termodinámicos por el número de fases que lo integran y por sus interacciones con el entorno.
1.3.4. Procesos termodinámicos y su clasificación.
1.3.5. Propiedades de un sistema termodinámico y su clasificación.
1.3.6. Funciones de estado y trayectoria: diferencias desde el punto de vista matemático y termodinámico.
UNIDAD 2. LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA, CONCEPTOS DE PRESIÓN Y TEMPERATURA Y COMPORTAMIENTO EMPÍRICO DE LOS FLUIDOS.
2.1. Concepto de presión, presión manométrica, presión atmosférica, presión absoluta, presión de vacío, presión fluidostática e hidrostática. Unidades en las que se mide y conversiones de unidades.
2.2. Ley Cero de la Termodinámica. Concepto de temperatura. Escalas de temperatura empíricas y absolutas.
2.3. Importancia del estudio de los gases. Leyes empíricas: Ley de Boyle-Mariotte, Ley de Charles, Ley de Gay-Lussac, Ley de Avogadro. Hipótesis de Avogadro.
2.4. Ecuación de estado del gas ideal. Densidad, concentración molar y volumen molar de un gas ideal.
2.5. Mezclas de gases ideales: Ley de Dalton y Ley de Amagat-Leduc. Masa molar promedio y densidad promedio de una mezcla de gases ideales.
2.6. Aplicaciones del modelo ideal en reacciones químicas: estequiometría y ley de distribución barométrica de Boltzman.
2.7. Teoría cinética de los gases: características microscópicas del modelo ideal
2.8. Desviaciones del modelo ideal: comportamiento de los gases reales.
2.8.1. Diagrama P-V de Andrews. Diferencia entre vapor y gas. Presión de vapor, punto crítico, punto de rocío y punto de burbuja. Ecuación de estado de van der Waals
2.8.2. Teoría de estados correspondientes: propiedades reducidas. Ecuación de estado de la correlación generalizada del factor de compresiblilidad. Diagrama generalizado del factor de compresibilidad vs presión reducida.
2.9. Ejemplos de otras ecuaciones de estado para gases reales. Ecuaciones de estado para fases condensadas.
UNIDAD 3. PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Y ECUACIÓN ENERGÉTICA. 3.1. Concepto de calor: convención de signos y sus unidades en las que se mide.
3.1.1. Transiciones de fase: diferencia entre calor sensible y latente.
3.1.2. Conceptos de capacidad térmica, capacidad térmica específica y capacidad térmica molar.
3.2. Concepto de trabajo: tipos de trabajo, convención de signos y sus unidades en las que se miden.
3.3. Energía interna y entalpía: Primera Ley de la Termodinámica y ecuación energética aplicada a sistemas cerrados.
3.4. Aplicación de la Primera Ley de la Termodinámica en procesos físicos. Cálculos de calor, trabajo y variaciones de entalpía y energía interna en transiciones de fase, el gas ideal y el gas de van der Waals: termofísica.
3.5. Aplicación de la Primera Ley de la Termodinámica en procesos químicos. Cálculos de calor, trabajo y variaciones de entalpía y energía interna en reacciones químicas: termoquímica.
UNIDAD 4. SEGUNDA Y TERCERA LEYES DE LA TERMODINÁMICA, FUNCIÓN ENTROPÍA. 4.1. Ciclo de Carnot.
4.2. Segunda Ley de la Termodinámica: postulados de Carnot, Kelvin y Clausius. Interpretación macroscópica de la entropía como criterio de espontaneidad y equilibrio. Desigualdad de Clausius: reversibilidad e irreversibilidad de un proceso.
4.3. Tercera Ley de la Termodinámica: interpretación microscópica de la entropía. Entropía absoluta (ecuación de Boltzman).
4.4. Cálculos del cambio de entropía en procesos físicos: para el gas ideal, fases condensadas y transiciones de fase.
4.5. Cálculo de cambio de entropía en procesos químicos.
UNIDAD 5. POTENCIALES TERMODINÁMICOS Y CRITERIOS DE ESPONTANEIDAD Y EQUILIBRIO.
5.1. Espontaneidad de un proceso y las condiciones de equilibrio termodinámico.
5.2. Definiciones de las energías de Gibbs y de Helmholtz como criterios de espontaneidad y equilibrio y como funciones trabajo.
5.3. Ecuaciones fundamentales de la termodinámica y relaciones de Maxwell.
5.4. Cálculo de potenciales termodinámicos para el gas ideal, las transiciones de fase y en reacciones químicas.
5.5. Predicción del comportamiento de los sistemas termodinámicos que sufren procesos físicos y/o químicos a través de los potenciales termodinámicos.
- Raymond Chang "Fisicoquímica" McGraw Hill
- Thomas Engel y Philip Reid "Química Física" Pearson Addison-Wesley
- David W. Ball "Fisicoquímica" Thompson
- Peter W. Atkins "Fisicoquímica" Addison-Wesley Iberoamericana
- Gilbert W. Castellan "Fisicoquímica" Addison Wesley-Iberoamericana
- Donald A. McQuarrie and John D. Simon "Physical Chemistry" University Science Books
- Keith J. Leidler y John H. Meiser "Fisicoquímica" Grupo Editorial Patria
- Ira N. Levine "Problemas de Fisicoquímica" McGraw Hill
- Raymond Chang "Química" McGraw-Hill
- Theodore L. Brown, Julia R. Burdge, Bruce E. Bursten y H. Eugene Lemay "Química la Ciencia Central" Pearson Prentice Hall
- S. W. Benson "Cálculos Químicos" Limusa
- David Holliday, Robert Resnick y Kenneth S. Crane "Física" Vols. 1 y 2 CECSA
- Raymond A. Serway y John Jewett Jr. "Física para ciencias e ingeniería con Física Moderna" Vols. 1 y 2 Cengage Learning
- James Stewart "Cálculo Diferencial e Integral" Thomson
- Earl Swokowski "Cálculo con Geometría Analítica" Grupo Editorial Iberoamérica
