Pla docent de l'assignatura

 

 

Tanca imatge de maquetació

 

Imprimeix

 

Dades generals

 

Nom de l'assignatura: Química Física

Codi de l'assignatura: 360257

Curs acadèmic: 2021-2022

Coordinació: Jose Maria Lucas Alcorta

Departament: Departament de Ciència de Materials i Química Física

crèdits: 6

Programa únic: S

 

 

Hores estimades de dedicació

Hores totals 150

 

Activitats presencials i/o no presencials

60

 

-  Teoria

Presencial i no presencial

 

45

 

-  Pràctiques de problemes

Presencial i no presencial

 

15

Treball tutelat/dirigit

30

Aprenentatge autònom

60

 

 

Recomanacions

 

Per seguir el desenvolupament de l’assignatura cal repassar: 

• Els conceptes matemàtics següents:

— Les propietats matemàtiques de funcions exponencials i logarítmiques.
— Derivació i integració de funcions.
— Representació gràfica i càlcul del pendent d’una recta.

• Els conceptes químics següents:

— Diferents maneres d’expressar la concentració d’una solució.
— Igualació de reaccions químiques.

 

 

Competències que es desenvolupen

 

   -

Competències específiques. Fonaments científics (2). Comprendre els principis en què es basen els mètodes moderns de l'anàlisi química, les seves limitacions i la seva aplicabilitat en els processos químics.

   -

Competències específiques. Fonaments científics (1). Tenir coneixement rellevant de les ciències bàsiques, en particular de matemàtiques, química, biologia i física, i principis d'economia, que permetin la comprensió, descripció i solució de problemes típics de l'enginyeria química.

Objectius d'aprenentatge

 

Referits a coneixements

— Adquirir els coneixements bàsics i necessaris de termodinàmica química (incloent-hi la química de superfícies) i de cinètica química per entendre assignatures posteriors en el pla d’estudis.

 

— Entendre la terminologia termodinàmica: sistema termodinàmic, equació d’estat, equilibri termodinàmic, procés reversible i irreversible.
— Conèixer les relacions matemàtiques entre les derivades parcials i aprendre a aplicar-les per calcular les variacions de les funcions d’estat.

 


— Entendre el concepte de temperatura com a magnitud d’estat que es deriva del principi zero de la termodinàmica.
— Conèixer equacions d’estat analítiques.
— Assimilar que la calor i el treball són dues maneres diferents de bescanviar energia.

 

— Entendre el primer principi de la termodinàmica.
— Conèixer la importància de la funció d’estat d’entalpia.
— Definir les calors de reacció i saber com s’han de calcular i obtenir.
— Conèixer el funcionament d’una màquina tèrmica i definir-ne el rendiment.

 

— Conèixer els enunciats del segon principi de la termodinàmica.
— Conèixer l’entropia com a funció derivada del segon principi de la termodinàmica.
— Conèixer els criteris d’equilibri i espontaneïtat per a sistemes aïllats i tancats.
— Introduir l’exergia com a propietat del sistema combinat (sistema-medi).

 

— Comprendre la necessitat de les funcions energia de Gibbs i energia de Helmholtz, el seu significat físic i les seves variacions com a criteri pràctic d’equilibri o espontaneïtat en sistemes tancats.
— Aprendre el tercer principi de la termodinàmica i l’interès que té per establir una escala d’entropies absolutes.
— Conèixer les magnituds molars parcials i com es determinen.
— Aprendre la definició de potencial químic i la importància que té per establir l’equilibri químic i l’equilibri de fases en sistemes tancats.

 

— Comprendre i conèixer les diferències entre mescles ideals, dissolucions diluïdes ideals i mescles i dissolucions no ideals.
— Conèixer el concepte d’activitat i com es pot determinar.

 

— Conèixer i entendre els conceptes utilitzats en la química de superfícies: tensió superficial, capil·laritat, fisioadsorció i quimioadsorció, etc.
— Conèixer la definició de velocitat de reacció, les unitats en què s’expressa i identificar els factors dels quals depèn.
— Assimilar els conceptes utilitzats en cinètica química, com ara ordre, equació de velocitat, constant de velocitat, etc.
— Conèixer i diferenciar entre reaccions elementals i reaccions complexes.
— Conèixer els mètodes integrals i diferencials que permeten obtenir equacions de velocitat.
— Conèixer els principals mètodes físics i químics que permeten obtenir les dades experimentals necessàries per al seguiment de les reaccions químiques.
— Aprendre a resoldre pel mètode integral les reaccions oposades, consecutives i paral·leles que formaran part d’un mecanisme de reacció.
— Entendre què és un mecanisme de reacció i conèixer les aproximacions de l’etapa determinant i de l’estat estacionari que permeten estudiar-lo o saber en quines condicions es pot aplicar.
— Conèixer la dependència de la constant de velocitat amb la temperatura segons l’equació d’Arrhenius i la importància que té per obtenir els paràmetres d’activació.

 

Referits a habilitats, destreses

— Saber definir l’estat d’un sistema químic en funció de les magnituds macroscòpiques i analitzar les etapes proposades per a un determinat procés.
— Ser capaç de proposar les etapes adequades segons les dades disponibles per calcular variacions de funcions d’estat.
— Saber identificar si un sistema evoluciona segons un procés reversible o irreversible.

 

— Saber fer càlculs de calor, treball i variacions de funcions d’estat en qualsevol procés.
— Saber aplicar el primer principi de la termodinàmica per fer càlculs de calors de reacció.
— Analitzar i interpretar els diagrames P-V, T-S, etc.
— Fer balanços d’exergia per a sistemes senzills.

 

— Analitzar i resoldre els exercicis i les qüestions proposats, parant atenció als valors obtinguts i a les unitats corresponents.
— Adquirir progressivament un hàbit d’estudi de l’assignatura dia a dia.
— Utilitzar i comprendre la informació bibliogràfica adequada.

 

— Aplicar la termodinàmica per resoldre els problemes de superfícies.
— Identificar la reacció d’estudi i saber relacionar la velocitat d’aparició o desaparició de les espècies participants.
— Adquirir destresa en els càlculs estequiomètrics durant el transcurs de la reacció química.
— Saber plantejar l’equació de velocitat d’una reacció química i la seva integració, i interpretar posteriorment els resultats cinètics a partir de les representacions gràfiques corresponents.
— Saber utilitzar els mètodes aproximats per resoldre diferents mecanismes de reacció.
— Saber calcular els paràmetres d’Arrhenius a partir de dades cinètiques a diferents temperatures.

 

Referits a actituds, valors i normes

Tenir capacitat d’anàlisi i de síntesi sobre la informació que es rebi en aquesta assignatura, la qual cosa suposa saber explicar les diverses qüestions que es presentin i, també, poder arribar a un resultat fiable en la resolució dels problemes que es plantegin.
Tenir capacitat per construir un text escrit comprensible i organitzat.
Saber treballar de manera autònoma.

 

 

Blocs temàtics

 

1. Termodinàmica química

1.1. Introducció. Conceptes fonamentals

Sistema; equilibri i magnituds d’estat; equació d’estat; processos reversibles i irreversibles. Eines matemàtiques

1.2. Descripció fenomenològica de sistemes

Equacions d’estat de gasos. Condensació i diagrames de fases. Líquids i sòlids: coeficients de dilatació i compressibilitat. Mescles de gasos: llei de Dalton. Mescles líquides: lleis de Raoult i Henry

1.3. Principi zero i primer principi

Temperatura. Calor i treball. Energia interna i entalpia. Capacitats calorífiques. Càlculs de variacions de magnituds d’estat

1.4. Termoquímica

Entalpies de reacció. Entalpies de formació. Variació amb la temperatura

1.5. Segon principi

Entropia. Càlculs de variacions d’entropia en processos reversibles i irreversibles. Màquines tèrmiques. Màquines frigorífiques. Exergia

1.6. Condicions d’equilibri. Tercer principi

Energies de Gibbs i Helmholtz; interpretació. Condicions d’equilibri del sistema. Entropies absolutes

1.7. Sistemes multicomponent

Magnituds molars parcials. Potencial químic. Càlculs en sistemes ideals. Activitat. Sistemes no ideals, coeficient d’activitat. Propietats col·ligatives de les solucions. Equilibri químic: constant d’equilibri; variació amb la temperatura

2. Cinètica química

2.1. Conceptes fonamentals

Velocitat de reacció, equació de velocitat. Ordre i constant de velocitat. Reaccions elementals i compostes. Molecularitat

2.2. Reaccions d’ordre senzill

Determinació d’ordres de reacció; mètodes integrals i diferencials. Tècniques experimentals

2.3. Tractament cinètic de reaccions compostes

Reaccions bidireccionals, paral·leles i consecutives. Mecanismes de reacció. Mètodes aproximats: estat estacionari i etapa determinant. Reaccions en cadena

2.4. Efecte de la temperatura

Dependència de la constant de velocitat amb la temperatura. Model d’Arrhenius. Energia d’activació

3. Fenòmens superficials

3.1. Introducció als fenòmens superficials

Tensió superficial. Capil·laritat. Magnituds superficials. Adsorció en sòlids

 

 

Metodologia i activitats formatives

 

Activitats presencials i no presencials:
Consisteixen en classes magistrals en què es presenten i desenvolupen els blocs temàtics de l’assignatura, i en seminaris de problemes on es plantegen, analitzen i resolen qüestions i problemes relacionats amb els blocs temàtics desenvolupats en les classes magistrals.

El grau de presencialitat de les activitats docents i avaluatives es pot veure modificat en funció de les restriccions derivades de la crisi sanitària. Qualsevol modificació serà oportunament informada a l’alumnat a través dels canals habituals

Activitats dirigides:

Consisteixen principalment en la resolució dels problemes i exercicis proposats pel professorat. També en la resolució per part de l’alumnat de qüestionaris amb retroacció, publicats en el Campus Virtual i amb l’objectiu de facilitar l’autoavaluació dels aprenentatges.


Treball autònom:

Una part important del treball autònom correspon a l’estudi dels continguts dels blocs temàtics de l’assignatura (elaboració de mapes conceptuals, apunts personals, esquemes, etc.). Una altra part correspon a lectures complementàries i a resoldre problemes i exercicis del material bibliogràfic o de suport recomanat pel professorat.

 

 

En la mesura del que sigui possible, s’incorporarà la perspectiva de gènere en el desenvolupament i activitats de l’assignatura.

 

 

Avaluació acreditativa dels aprenentatges

 

L’avaluació continuada consta de diferents contribucions:


  • Una prova escrita a mig semestre que representa el 30% de la qualificació global

  • Una prova escrita de síntesi sobre la totalitat del temari al final del semestre, que representa el 50% de la qualificació global. Qui vulgui pot recuperar la primera part responent unes qüestions i/o problemes específics. En aquest cas, la prova representarà el 80% de la qualificació global.

  • Altres activitats i/o proves de seguiment al llarg del semestre (qüestionaris presencials o en línia, resolució de problemes, etc.): 20% de la qualificació final.

Per aprovar l’assignatura s’ha de treure una puntuació mínima de 3,5 a la prova de síntesi. En cas que la nota de la prova de síntesi sigui inferior a 3,5 sobre 10, només s’aplicaran els percentatges de l’avaluació continuada a efectes d’optar a la reavaluació.

Quan l’estudiant segueixi l’avaluació continuada i la nota final d’aquesta modalitat d’avaluació sigui inferior a la de la prova de síntesi, la qualificació final serà l’obtinguda a la prova de síntesi, sempre que hagi lliurat totes les activitats que formen l’avaluació continuada.

 

Reavaluació

En cas que el resultat de l’avaluació sigui com a mínim 3,5 es pot optar a la reavaluació, que consisteix en una prova de tota l’assignatura, semblant en criteris i procediments a la prova d’avaluació única. En cas d’haver aprovat l’assignatura i voler apujar nota, l’estudiant pot presentar-se a la prova de reavaluació si renuncia per escrit a la qualificació prèvia.

 


 

 

Avaluació única

Avaluació única
Per renunciar a l’avaluació continuada i acollir-se a l’avaluació única cal que l’estudiant presenti la instància que hi ha a aquest efecte al web de la Facultat abans de la primera prova d’avaluació continuada de l’assignatura.

L’avaluació única consisteix en una única prova que conté preguntes de tipus teòric i resolució de problemes pràctics, i representa el 100 % de la qualificació.

Reavaluació

En cas que el resultat de l’avaluació sigui com a mínim 3,5 es pot optar a la reavaluació, que consisteix en una prova de tota l’assignatura, semblant en criteris i procediments a la prova d’avaluació única. En cas d’haver aprovat l’assignatura i voler apujar nota, l’estudiant pot presentar-se a la prova de reavaluació si renuncia per escrit a la qualificació prèvia.