====== 63.07. Química Física II ======

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**Coordinador:** [[etimmer@fi.uba.ar|Dr. E. O. Timmermann]]\\

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++++Carreras:|
^  Carrera  ^  Créditos  ^  Correlativas  ^  Condición  ^
|[[carreras:quimica|Química]]  |  6  |  [[materias:63:06|63.06]]  |  Obligatoria  |
|[[carreras:alimentos|Alimentos]]  |  6  |  [[materias:63:06|63.06]]  |  Obligatoria  |
<!-- # Para cada carrera en la que esté:
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===== Programa =====

<!-- # Objetivos de la materia:
++++Objetivos|
  - listaconlosobjetivos...
++++
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++++Objetivos|
  - Dar las bases fisicoquímicas para el estudio de los procesos dinámicos en sistemas homogenéos y heterogéneos.
  - Ejemplificar sistemas y procesos de interés para el ingeniero químico.
  - Exponer los problemas a los que se enfrenta la investigación en el área de las fisicoquímica.
  - Abordar la resolución de problemas numéricos, el desarrollo matemático de las principales teorías, y el análisis conceptual de los sistemas y procesos estudiados.
  - Introducir las técnicas experimentales más corrientes y alentar la destreza en el laboratorio.
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<!-- # Programa sintético de la materia:
++++Programa sintético|
  - listaconelprogramasintetico...
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++++Programa sintético|
  - Termodinámica de sistemas electrolíticos. Propiedades de electrolitos en solución. Equilibrio electroquímico de fases en presencia de especies iónicas (pilas galvánicas.).
  - Fenómenos de transporte. Generalidades; flujos y fuerzas. Transporte en gases. Conducción eléctrica en soluciones electrolíticas. Difusión en general y en soluciones electrolíticas. Conducción térmica. Viscosidad.
  - Cinética Química. Aspectos fenomenológicos. Mecanismos de reacción. Dinámica de reacciones moleculares. Reacciones en solución.
  - Fenómenos superficiales en interfaces. Interfase sólido-gas; ad- y absorción; reacciones en la interfase sólido-gas; catálisis. Interfase sólido-líquido; reacciones electroquímicas.
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<!-- # Programa analítico de la materia:
++++Programa analítico|
  - listaconelprogramaanalitico...
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++++Programa analítico|
**Temario 1: Termodinámica de sistemas electrolíticos.**
1) Propiedades termodinámicas de electrolitos en solución. Electrolitos reales y potenciales,
fuertes y débiles. Propiedades coligativas de soluciones electrolíticas; componentes,
constituyentes iónicos, especies iónicas. Coeficientes de actividad y coeficientes osmóticos;
actividades iónicas y iónicas medias. Equilibrio de disociación. Solubilidad de electrolitos; efecto de
ión común y de fuerza iónica. Modelo de Debye-Hueckel para coeficientes de actividad; leyes
límites y sus extensiones. Hidratación de iones; su efecto sobre el coeficiente de actividad. 2)
Equilibrio de fases en presencia de especies iónicas. Equilibrio electroquímico; fenómenos de
Volta y de Galvani; potenciales eléctricos externos, internos y de superficie, medibilidad. Potencial
electroquímico y equilibrio. Pilas y celdas galvánicas; reacciones electroquímicas y de electrodo;
balance termodinámico del proceso galvánico; reversibilidad e irreversibilidad; entrega de trabajo y
su relación con la corriente eléctrica; creación de entropía; tensión reversible (TR) y fuerza
electromotriz (FEM). Tipos de electrodos; electrodos reversibles y la ecuación de Nernst.
Convenciones de potenciales estándar de electrodo (americana (pot. de oxidación), europea (pot.
de reducción) e internacional (tensiones reversibles). Medición de TR y de FEM; uso para
determinar propiedades y funciones termodinámicas (constantes de equilibrio, solubilidades, pH,
etc.; entalpía, entropía y entalpía libre de sustancias y de formación de iones); ecuación de Gibbs-
Hermholtz.. Pilas de concentración; pilas dobles de Helmholtz (con cuatro electrodos) o sin
transporte directo. Pilas de concentración con transporte directo (de dos electrodos); unión líquida,
su polarización y potencial eléctricos y los procesos irreversibles (difusión y potencial de difusión)
involucrados; puente salino; potencial electroquímico interno de iones y su medibilidad;
determinación de números de transporte por pilas de concentración.\\

**Temario 2 : Fenómenos de transporte.**
1) Generalidades. Introducción. Termodinámica de sistemas y fases abiertos. Procesos de
transporte; definiciones y conceptos básicos; relación con el 2do. Principio de la Termodinámica;
irreversibilidad y creación de entropía. Procesos de transporte en sistemas discontinuos y
continuos; fuerzas y flujos. Flujos, densidad de flujo y corrientes; sistemas de referencia;
convección. Descripción empírica de transportes (difusión, conductividad térmica, viscosidad y
conductividad eléctrica): leyes de Fick, de Fourier, de Newton y de Ohm. Descripción
fenomenológica según Onsager; flujos y fuerzas generalizadas; ecuaciones fenomenológicas y
coeficientes fenomenológicos; propiedades (signos) y relaciones de reciprocidad de Onsager. 2.
Transporte en gases. Teoría cinética de gases ideales. Presión y energía cinética media.
Distribución de las velocidades moleculares. Colisiones contra una pared y efusión. Camino libre
medio y frecuencia de colisiones. Conductividad térmica y viscosidad de gases ideales; coeficiente
de intradifusión y de interdifusión (fórmula de Meyer y de Stefan-Maxwell). 3. Conducción eléctrica.
Leyes de Ohm. Conducción eléctrica en soluciones electrolíticas, conductividad equivalente,
números de transporte, movilidad y conductividad iónicas; interpretación en base estequiométrica
(constituyentes iónicos) y en base molecular (especies iónicas). Métodos experimentales.
Dependencia de la conductividad eléctrica con la concentración; leyes límites; ley de migración
independiente de los iones. Conductividades iónicas, valores experimentales y teóricos; regla de
Walden; influencia de la temperatura; modelo de Debye-Hueckel-Fuoss-Onsager; efectos de
relajación y electroforético. Efectos de disociación incompleta y de asociación; ley de dilución de
Ostwald y coeficiente de conductividad de Bjerrum. 4. Difusión. (a) Aspectos generales.
Descripción empírica; sustancias que migran en forma independiente; convección y difusión; ley
de Fick, coeficiente de difusión. Interpretación termodinámico-fenomenológica; movilidad difusional
y factor termodinámico de la difusión; distintas expresiones. Coeficiente de difusión; valores
experimentales, influencia de la temperatura. Formulación estadística de Einstein; camino al azar;
movimiento browniano. Leyes de Einstein y de Stokes-Einstein. Interdifusión, intradifusión,
autodifusión. Ecuaciones de balance de masa y de materia; ecuación de continuidad; 2da. ley de
Fick. Determinación experimental del coeficiente de difusión; integración de la 2da. ley de Fick con
distintas condiciones de contorno; perfiles de difusión. (b) Difusión en soluciones electrolíticas;
difusión de sales y de iones. Formulas para soluciones diluídas ideales; potencial de difusión
según Nernst; leyes de Nernst-Einstein y de Nernst-Hartley. Formulación fenomenológica general;
interpretación iónica e interpretación salina; expresión general del potencial de difusión; principio de
superposición entre conducción eléctrica y difusión; relación de no-acoplamiento entre difusión y
migración eléctrica y su relación con el potencial de difusión.\\

**Temario 3: Cinética Química.**
A) Aspectos fenomenológicos. Cinética química en sistemas homogéneos. Ley de acción de
masas. Métodos experimentales para medir velocidades de reacción; orden, pseudo-orden y
constante de velocidad. Método de aislación; método diferencial: orden respecto del tiempo y orden
respecto de la concentración; método integral. Constante de velocidad: dependencia de la
temperatura; ecuación de Arrhenius: energía de activación y factor pre-exponencial Reacciones
cerca del equilibrio y método de relajación. Métodos experimentales para reacciones rápidas. B)
Mecanismos de reacción. Reacciones elementales y molecularidad. Reacciones complejas:
reversibles, consecutivas y paralelas. Aproximación del estado estacionario. Pre-equilibrio.
Reacciones unimoleculares: mecanismo de Lindemann. Mecanismo de Michaelis-Menten.
Reacciones en cadena: leyes de velocidad, longitud de cadena y energía de activación. Tercer
cuerpo: etapas en iniciación y terminación. Fotoquímica, explosiones y mecanismos de
polimerización. Catálisis homogénea: catálisis ácida y básica. Relaciones lineales de entalpía libre.
Autocatálisis. C) Dinámica de reacciones moleculares. Teoría de colisiones en reacciones
gaseosas: factor estérico y sección de reacción. l. Teoría del complejo activado. Superficies de
energía potencial y coordenada de reacción. Cálculo estadístico de constantes bimoleculares.
Dependencia de la temperatura de la constante bimolecular. Relación entre la teoría de colisiones
y la teoría del complejo activado. Aspectos termodinámicos de la teoría del complejo activado.
Entalpías y entropías de activación. D) Reacciones en solución. Reacciones controladas por
activación y por difusión en soluciones líquidas; efecto jaula; constante de velocidad específica
difusional. Reacciones entre iones: influencia de la constante dieléctrica y de la fuerza iónica. El
agua como medio de reacción química.\\

**Temario 4: Fenómenos superficiales.**
A) Fenómenos superficiales de interfaces. La interfase líquido-vapor; tensión superficial. Radios de
curvatura y ángulo de contacto. Ecuación de Young-Laplace y ascenso-descenso capilar.
Propiedades termodinámicas superficiales. Mojado y coeficiente de esparcimiento. Detergencia.
Presión de vapor y temperatura de saturación en gotas. Tensión superficial en soluciones. Exceso
superficial. Isoterma de adsorción de Gibbs. Sustancias anfifílicas y películas superficiales.
Balanza de Langmuir. Sistemas coloidales. Coloides liofílicos y liofóbicos. Soles, aerosoles,
emulsiones y geles. Micelas y microemulsiones. B) La interfase sólido-gas. Definición del área
superficial de un sólido. Estructura cristalina de sólidos y defectos superficiales. Adsorción de
gases sobre superficies sólidas. Fisisorción y quimisorción. Complejos adsorbato-adsorbente.
Técnicas para estudiar superficies: microscopías y espectroscopías de luz y electrones. Fracción
de cubrimiento e isotermas de adsorción. Isoterma de Langmuir, de BET, de GAB y de tss; de
Temkin y de Freundlich. Velocidad de procesos superficiales: adsorción, desorción y migración.
Energía de activación en procesos superficiales. C) Reacciones en la interfase sólido-gas.
Catálisis. Mecanismos: reacciones unimoleculares y bimoleculares. Mecanismo de Langmuir-
Hinshelwood y de Eley-Rideal. Control de los distintos pasos elementales y energía de activación
global de una reacción sobre una superficie sólida. Catálisis sobre metales, semiconductores y
aisladores. Síntesis de Haber-Bosh y Fisher-Tropsch. D) La interfase sólido-líquido. Velocidad de
reacciones electroquímicas. Control por transferencia de carga y por difusional. Sobrepotencial y
ecuación de Tafel; mecanismo de Butler-Volmer.
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===== Cursos =====

<!-- # Cursos de la materia:
++++Mostrar cursos|
^  Curso  ^  Modalidad  ^  Docentes  ^  Días  ^  Horario  ^
# Para cada curso o modalidad u horario:
|  #curso  |  (TP|TPO|PO|P|...)  |Nombre Docentes  |  diasdelasemana  |  desde - hasta (HH:MM)  |
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++++Mostrar cursos|
^  Curso  ^  Modalidad  ^  Docentes  ^  Días  ^  Horario  ^
|  Teoría  |  TO  |  Timmermann-Razzitte  |  Martes  |  desde 15:30 hasta 17:30  |
|  Teoría  |  TO  |  Timmermann-Razzitte  |  Jueves  |  desde 18:30 hasta 20:30  |
|  001  |  CPO  |  Lavalle-Avram  |  Martes  |  desde 18:00 hasta 22:00  |
|  002  |  CPO  |  Lavalle-Avram  |  Jueves  |  desde 14:00 hasta 18:00  |
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===== Material =====

<!-- # Enlaces a los artículos sobre parciales:
  * ++++Parciales|
# Para cada parcial
    - [[.numeromateria:parcial_(#catedra)_yyyymmdd_(#articulo)|Descripción del parcial]]
# Rellenando con x los datos desconocidos.
# Por ejemplo: [[.63:parcial_13_200605xx_1|Primer parcial, primer cuatrimestre, cátedra X]]
  ++++
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++++Parciales|
  - [[.07:parcial_20020711|Primer Parcial, primer cuatrimestre 2002]]
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<!-- # Enlaces a los artículos sobre finales:
  * ++++Finales|
# Para cada final
    - [[.numeromateria:final_(#catedra)_yyyymmdd_(#articulo)|Descripción del final]]
# Rellenando con x los datos desconocidos.
# Por ejemplo: [[.63:final_13_200601xx_1|Primer final, verano de 2006, cátedra X]]
  ++++
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<!-- # Enlaces a las guías de ejercicios:
  * ++++Guías|
# Para cada capítulo:
    - [[.numeromateria:guia_[#catedra_]_(#guía)|Nombre unidad]]
# Por ejemplo: [[.63:guia_1|Sistemas Materiales]]
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<!-- # Enlaces a páginas con material:
  * ++++Enlaces|
# Para cada enlace:
    * [[http://paginawebenlace|Nombre Enlace]]: Descripción del material.
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++++Enlaces|
  * [[http://www.fi.uba.ar/materias/6307/material.html|Material para alumnos]]: Cosas útiles para los alumnos.
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