DIRECCIÓN ACADÉMICA- JEFATURA DE DIV. DE ________

Instrumentación didáctica para la formación y desarrollo de competencias

Nombre de la asignatura: Fisicoquímica I Grupo: 8511

Carrera: Ingeniería química. Docente: Ma. del Carmen Domínguez Reyes.

Clave de la asignatura: IQF-1004

Horas teoría-Horas práctica-Créditos: 3-2-5

1. Caracterización de la asignatura

El presente curso tiene como finalidad que los alumnos adquieran bases sólidas sobre los fundamentos termodinámicos necesarios para comprender el equilibrio físico y así poder realizar cálculos que lo involucren. Dominar estas bases es pertinente para la descripción matemática de procesos que involucren equilibrio de fases sólido-líquido, sólido-vapor, líquido-líquido y líquido-vapor como son las tecnologías bien establecidas de la destilación, la extracción y la absorción, así como tecnologías emergentes como la separación mediante membranas, la destilación reactiva y las extracciones supercríticas, entre muchas otras.

De manera directa, Fisicoquímica I es prerrequisito para las operaciones unitarias que sean modeladas suponiendo equilibro de fases; y como prerrequisito de Fisicoquímica II, materia asociada al equilibrio químico y a la cinética de reacciones, que es fundamental, a su vez, para la descripción matemática de los reactores químicos.

El ingeniero químico debe ser capaz de describir mediante modelos teóricos los procesos de separación y los reactores, para así saber operarlos, controlarlos, diseñarlos, seleccionarlos u optimizarlos. Fisicoquímica I introduce conceptos fundamentales como la fugacidad, el coeficiente de fugacidad, las relaciones termodinámicas, las propiedades residuales y de exceso, la actividad, las leyes de Raoult, Raoult-Modificada y de Henry, y los diagramas de fases. Dichas bases teóricas son imperativas para determinar experimentalmente o estimar teóricamente los parámetros involucrados en los balances de masa, energía y momentum que describen matemáticamente los equipos en que se realizan separaciones y/o reacciones.

El programa se divide en cuatro unidades para facilitar la comprensión de los temas partiendo en la primera unidad de la deducción de ecuaciones para el cálculo de propiedades termodinámicas no medibles y calculará las propiedades termodinámicas de sustancias puras. En la segunda unidad el alumno tomará conciencia de la importancia de las propiedades parciales y molares en la teoría de soluciones que aplicará en la solución de problemas. En la tercera unidad el alumno aplicará la teoría de equilibrio de fases; construirá e interpretará diagramas de equilibrio de fases. En la cuarta unidad el alumno comprenderá y utilizará los conceptos de las propiedades coligativas en la resolución de problemas de soluciones.

2. Objetivo(s) general(es) del curso. (Competencias específicas a desarrollar)

Determinar las propiedades termodinámicas de sustancias puras y de mezclas en casos ideales y no ideales para aplicarlo a los diferentes tipos de equilibrios físicos.

Calcular las propiedades coligativas y conocer sus aplicaciones.

3. Análisis por unidad

Unidad: 1 Tema: Propiedades termodinámicas de sustancias puras.

Competencia específica de la unidad Criterios de evaluación de la Unidad

Conocer y aplicar la relación fundamental y ecuaciones de Maxwell.

Identificar las formas de evaluar propiedades no medibles directamente.

Interpretar el criterio de equilibrio de fases.

1. El cuadro debe entregarse en tiempo y forma, mostrando el nombre de la función, su clasificación, y el parámetro que mide. Debe ser impreso.

2. Entregar diagramas en tiempo y forma los cuales deben incluir las fases presentes en conjunto con la aplicación de la regla de fases de Gibbs.

3. Entregar las deducciones de las ecuaciones de Maxwell en hojas blancas.4. Entregar ejercicios en tiempo y forma, debidamente contestados, sin borrones y sin saltarse pasos en

las sustituciones realizadas.5. Entregar reporte de laboratorio, en limpio, con las notas y esquemas necesarios y referencias

consultadas.6. Entregar ejercicios en tiempo y forma, debidamente contestados, sin borrones y sin saltarse pasos en

las sustituciones realizadas.7. Entregar reporte de laboratorio, en limpio, con las notas y esquemas necesarios y referencias

consultadas.8. Entregar ejercicios en tiempo y forma, debidamente contestados, sin borrones y sin saltarse pasos en

las sustituciones realizadas.9. Entregar reporte de laboratorio, en limpio, con las notas y esquemas necesarios y referencias

consultadas.

Actividades de aprendizaje Actividades de enseñanzaDesarrollo de competencias

genéricas Horas teórico-prácticas

1. Investigar las propiedades el concepto

- Encuadre de la materia.- Contestar actividad que permita una

valoración diagnóstica para conocer los conceptos que manejan.

- Proporcionar referencia bibliografía o fuentes de información a la cual puede recurrir a buscar información.1. Describir mediante ejemplos y - Gestión de la información.

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de función de estado, así como las funciones termodinámicas básicas que existen y realizar un cuadro de doble entrada donde describa las propiedades mesurables, conceptuales y derivadas.

2. Describir apoyado de las reglas de fases de Gibbs, los grados de libertad y el número de fases presentes en diversos diagramas de fases de sustancias puras.

3. Realizar la deducción de las ecuaciones de Maxwell para un sistema químico.

4. Calcular cambios de las propiedades termodinámicas de un gas ideal, apoyándose de las ecuaciones revisadas hasta el momento.

5. Realizar práctica No. 1 “Determinación de la capacidad calorífica”.

6. Investigar el concepto de presión de vapor, su dependencia con la temperatura y métodos experimentales para determinarla. Con esta información, calcular presiones de vapor y temperaturas de ebullición mediante ecuaciones de tres y cuatro constantes.

7. Realizar práctica No. 2 “Calor latente de fusión”.

8. Investigar la deducción de la ecuación de Clapeyron y sus aplicaciones. A partir de esta información, resolver problemas utilizando la ecuación de Clapeyron y de Clausius-Clapeyron.

9. Realizar práctica No. 3 “Presión de vapor”

empleando principios matemáticos básicos las matemáticas de las funciones de estado.

2. Ejemplificar el uso de la Regla de fases de Gibbs y resolver dudas.

3. Describir la deducción de una de las ecuaciones de Maxwell y resolver dudas.

4. Ejemplificar un ejercicio de cálculo del cambio de las propiedades termodinámicas, empleando las ecuaciones de Maxwell y resolver dudas.

5. Coordinar y resolver dudas durante la práctica.

6. Describir y comparar las curvas de presión de vapor entre sistemas ideales y sistemas reales. Ejemplificar el cálculo de presiones de vapor y resolver dudas.

7. Coordinar y resolver dudas durante la práctica.

8. Ejemplificar problemas que empleen la ecuación de Clausius-Clapeyron.

9. Coordinar y resolver dudas durante la práctica.

- Capacidad de análisis y síntesis.- Capacidad de expresión escrita.- Capacidad de crítica y

autocrítica.- Capacidad de aplicar los

conocimientos en la práctica. 4

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Fuentes de información Apoyos didácticos: Smith, J.M., Van Ness, H.C., Abbot, M.M.; “Introducción a la termodinámica en i ingeniería

química”, 6ª. Edición, Mc Graw Hill, 2003. - Prácticas de laboratorio.

Moran, J. Michel, Shapiro N. Howard. Fundamentos de termodinámica técnica. Edit. Reverté, 2005.

Unidad: 2 Tema: Propiedades termodinámicas de los sistemas

Competencia específica de la unidad Criterios de evaluación de la Unidad

- Aplicar la teoría de las soluciones para obtener las propiedades termodinámicas.

- Realizar cálculos de coeficientes de fugacidad en sustancias puras y mezclas.

- Obtener los coeficientes de actividad a partir de la energía de Gibbs de exceso.

1. Entregar en tiempo y forma, en hoja blanca, en limpio, la rueda de atributos, la cual debe mostrar la idea principal y las características importantes de las soluciones; no debe tener faltas de ortografía, y debe mostrar por lo menos 8 cualidades de las soluciones.

2. Entregar en tiempo y forma mapa conceptual debidamente estructurado; impreso, sin faltas de ortografía y señalando fuentes de referencia consultadas.

3. Entregar en tiempo y forma mapa mental debidamente estructurado; impreso, sin faltas de ortografía y señalando fuentes de referencia consultadas.

4. Entregar ejercicios en tiempo y forma, en hojas blancas, correctamente resueltos, sin omitir operaciones ni unidades.

5. Entregar ensayo impreso en tiempo y forma, mínimo una cuartilla, letra arial 12, interlineado sencillo, mostrando carátula y referencia al final de consulta.

6. Entregar ejercicios en tiempo y forma, en hojas blancas, correctamente resueltos, sin omitir operaciones ni unidades.

Actividades de aprendizaje Actividades de enseñanzaDesarrollo de competencias

genéricas Horas teórico-prácticas

1. Realizar una rueda de atributos en hoja blanca donde describa el concepto de solución y sus tipos.

2. Investigar en diversas fuentes la definición de potencial químico y su importancia, así como la diferencia entre soluciones reales e ideales. Con esta información generar un mapa conceptual debidamente estructurado en hoja blanca.

- Realizar evaluación diagnóstica sobre conceptos de solución y tipo de soluciones.

1. Describir brevemente la termodinámica de mezclas y las magnitudes molares parciales.

2. Revisar mapa conceptual y describir la validez de las leyes de Raoult y Henry, así como su uso mediante ejemplos.

7. Capacidad de análisis y síntesis.8. Capacidad de aplicar los

conocimientos en la práctica.9. Solución de problemas.10. Habilidad para trabajar en forma

autónoma.11. Preocupación por la calidad y

búsqueda del logro.

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3. Investigar el concepto de fugacidad, su relación con el potencial químico así como su importancia. Con esta información generar un mapa mental.

4. Realizar ejercicios de cálculo de fugacidad para sustancias puras y soluciones.

5. Investigar el concepto de actividad, coeficiente de actividad y energía libre de Gibbs en exceso, realizar un ensayo de una cuartilla con dicha información.

6. Realizar ejercicios diversos de coeficiente de actividad y propiedades termodinámicas de soluciones ideales y reales.

3. Revisar mapa mental y ejemplificar el cálculo de fugacidad y resolver dudas.

4. Revisar ejercicios, resolución de dudas.

5. Retroalimentar investigaciones y describir el calculo del coeficiente de actividad. Resolver dudas.

6. Revisar ejercicios y resolver dudas.

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Fuentes de información Apoyos didácticos:- Smith, J.M., Van Ness, H.C., Abbot, M.M.; “Introducción a la termodinámica en i ingeniería

química”, 6ª. Edición, Mc Graw Hill, 2003.- Moran, J. Michel, Shapiro N. Howard. Fundamentos de termodinámica técnica. Edit.

Reverté, 2005.

- Prácticas de laboratorio.

Unidad: 3 Tema: Equilibrio físico

Competencia específica de la unidad Criterios de evaluación de la Unidad

- Interpretar el criterio de equilibrio de fases.

- Obtener datos de equilibrio para sistemas binarios utilizando la ley de Raoult.

- Calcular propiedades de equilibrio de sistemas no ideales.

- Resolver problemas aplicando la ley de Henry.

- Elaborar un diagrama de equilibrio sólido-líquido

1. Entregar en tiempo y forma, en hoja blanca, en limpio, mapa conceptual, debidamente estructurado, no debe tener faltas de ortografía.

2. Entregar en tiempo y forma diagrama de flujo debidamente estructurado; impreso, sin faltas de ortografía y señalando fuentes de referencia consultadas.

3. Entregar reporte de laboratorio, en limpio, con las notas y esquemas necesarios y referencias consultadas.

4. Entregar ejercicios en tiempo y forma, en hojas blancas, correctamente resueltos, sin omitir operaciones ni unidades.

5. Entregar ejercicios en tiempo y forma, en hojas blancas, correctamente resueltos, con gráficas en papel milimétricos, con escala adecuada, sin omitir operaciones ni unidades.

6. Entregar reporte de laboratorio, en limpio, con las notas y esquemas necesarios y referencias consultadas.

7. Entregar ejercicios en tiempo y forma, en hojas blancas, correctamente resueltos, con gráficas en papel milimétricos, con escala adecuada, sin omitir operaciones ni unidades.

8. Entregar reporte de laboratorio, en limpio, con las notas y esquemas necesarios y referencias consultadas.

9. Entregar ejercicios en tiempo y forma, en hojas blancas, correctamente resueltos, con gráficas en papel milimétricos, con escala adecuada, sin omitir operaciones ni unidades.

10. Entregar prueba de dominio en tiempo y forma correctamente contestada.

Actividades de aprendizaje Actividades de enseñanzaDesarrollo de competencias

genéricas Horas teórico-prácticas

1. Investigar en diversas fuentes el concepto de equilibrio físico y sus aplicaciones. Con esta información realizar un mapa conceptual.

2. Investigar en libros de operaciones unitarias la destilación fraccionada, el concepto de azeótropo y su gráfica T-x, con esta información generar un diagrama de flujo que describa al proceso apoyado de un diagrama T-x.

3. Realizar práctica “Destilación fraccionada”.

4. Realizar diversos ejercicios correctamente resueltos sobre las aplicaciones de la ley de Raoult y Henry.

5. Realizar ejercicios donde grafique datos de equilibrio líquido-vapor para sistemas binarios ideales y reales a partir de los parámetros de modelos de solución reportados como Margules, Van Laar, Wilson.

6. Realizar práctica de laboratorio.7. Resolver problemas de equilibrio

- Realizar evaluación diagnóstica sobre conceptos básicos de calor, trabajo y energía. Realizar una retroalimentación y/ o resolver dudas.

1. Revisar mapa mental y describir de los diagramas p-x, y T-x.

2. Describir el proceso con diversos ejemplos y la forma de identificar la formación del azeótropo.

3. Coordinar y supervisar el desarrollo de la práctica.

4. Ejemplificar cálculos que involucren la aplicación de la ley de Raoult y Henry.

5. Ejemplificar graficación de datos de equilibrio líquido-vapor y responder dudas.

6. Coordinar y supervisar el desarrollo de la práctica.

7. Ejemplificar cálculos que involucren equilibrio líquido – líquido y resolver dudas.

1. Capacidad de análisis y síntesis.2. Capacidad de aplicar los

conocimientos en la práctica.3. Solución de problemas.4. Habilidad para trabajar en forma

autónoma.5. Preocupación por la calidad y

búsqueda del logro.

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líquido-líquido.8. Realizar práctica de laboratorio.9. Resolver problemas de equilibrio

líquido – sólido.

10. Realizar prueba de dominio.

8. Coordinar y supervisar el desarrollo de la práctica.

9. Ejemplificar cálculos que involucren equilibrio líquido – sólido y resolver dudas.

10. Revisar y retroalimentar prueba de dominio.

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2

Fuentes de información Apoyos didácticos:- Castellan, Gilbert. Fisicoquímica. 2da. edición Addison-Wesley Iberoamericana. México.- Henley-Seader. Operaciones de separación por etapas de equilibrio. 1ª edición. Editorial

Reverté. México.

- Laboratorio.

Unidad: 4 Tema: Propiedades coligativas

Competencia específica de la unidad Criterios de evaluación de la Unidad

- Aplicar las propiedades coligativas para identificar compuestos a través de su masa molar.

1. Entregar en tiempo y forma, en hoja blanca, en limpio, mapa conceptual, debidamente estructurado, no debe tener faltas de ortografía.

2. Entregar ejercicios en tiempo y forma, en hojas blancas, correctamente resueltos, sin omitir operaciones ni unidades.

3. Entregar reporte de laboratorio, en limpio, con las notas y esquemas necesarios y referencias consultadas.4. Entregar ejercicios en tiempo y forma, en hojas blancas, correctamente resueltos, sin omitir operaciones

ni unidades.5. Entregar en tiempo y forma ensayos, mínimo tres cuartillas, letra arial 12, interlineado sencillo, con

referencias de consulta empleadas.6. Entregar reporte de laboratorio, en limpio, con las notas y esquemas necesarios y referencias consultadas.7. Entregar prueba de dominio en tiempo y forma correctamente contestada.

Actividades de aprendizaje Actividades de enseñanzaDesarrollo de competencias

genéricas Horas teórico-prácticas

1. Investigar en diversas fuentes la

- Evaluación diagnóstica de manera oral al grupo sobre el tema.

1. Describir y ejemplificar el cálculo de 1. Capacidad de análisis y síntesis.

1

definición de propiedades coligativas y cuáles son, y a partir de esta información generar un mapa conceptual.

2. Realizar correctamente de manera individual diversos ejercicios de propiedades coligativas.

3. Practica de laboratorio.

4. Calcular la presión osmótica en problemas que planteen el empleo de soluciones no electrolíticas.

5. Investigar y analizar el efecto en el equilibrio líquido-vapor por la adición de sales en soluciones (Efecto de Salting-in y saltingout), realizar un ensayo.

6. Practica de laboratorio.7. Realizar prueba de dominio.

moles, masa, o alguna otra variable a partir de la expresión empleada para cada propiedad coligativa.

2. Revisar ejercicios y responder dudas.

3. Coordinar y supervisar el desarrollo de la práctica.

4. Ejemplificar el cálculo de la presión osmótica, y resolver dudas.

5. Revisar ensayos y realizar retroalimentación.

6. Practica de laboratorio.7. Revisar prueba de dominio.

2. Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica.

3. Solución de problemas.4. Habilidad para trabajar en forma

autónoma.5. Preocupación por la calidad y

búsqueda del logro.

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Fuentes de información Apoyos didácticos:- Castellan, Gilbert. Fisicoquímica. 2da. edición Addison-Wesley Iberoamericana. México.- Henley-Seader. Operaciones de separación por etapas de equilibrio. 1ª edición. Editorial

Reverté. México.

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DIRECCIÓN ACADÉMICA- JEFATURA DE DIV. DE INGENIERÍA QUÍMICACalendarización de evaluación (semanas):

Semana 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Fecha 03-07/sep/12 10-14/sep/12 17-21/sep/12 24-28/sep/12 01-05/oct/12 8-12/oct/12 15-19/oct/12 22-26/oct/12 29-01/nov/12 5-9/ nov/12

Planeado(1)

D F F F F/S D-F F F F F/S

Real(2)

Observaciones( 3 )

Firma Profr(a)VoBo jefatura

Semana 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20Fecha 12-16/nov/12 20-23/ nov/12 26-30/nov/12 03-07/ dic/12 10-14/ dic/12 17/ dic/ 12 04/ ene/ 13 07-11/ ene/13 14-18/ ene/13 21-25/ene/13

Planeado(1)

D-F F F F F/S D-F F F F/S F/S

Real(2)

Observaciones( 3 )

Firma Profr(a)VoBo jefatura

(1 ) Indicar número de unidad y tipo de evaluación: D:Evaluación Diagnóstica F:Evaluación Formativa S:Evaluación Sumativa(2) Asentar la fecha real en que se evaluó la actividad(3) En caso de existir algún desfase, señalar la causa o razón Fecha de elaboración Agosto de 2012.

IBQ. Ma. del Carmen Domínguez Reyes IQ. J. Beatriz Contreras Navarro Nombre y firma del docente Vo. Bo. Jefe de División