Notas de clase

Termodinámica
Química

IQ2212 — Departamento de Ingeniería Química, Biotecnología y Materiales, Universidad de Chile. Resumen de las cátedras y auxiliares del curso: temario, conceptos clave, fórmulas y estrategia de resolución. Haz clic en cualquier entrada para ver su explicación detallada.

Gases Ideales

Clase 1 · Aux 1

#	Sesión	Temas principales
01	Gas Ideal, Leyes Empíricas y Ley de Dalton	Extensivas e intensivas · Boyle, Charles-Gay-Lussac y Avogadro · Escala termodinámica · $P V = n R T$ · Presiones parciales · Ley barométrica
A1	Auxiliar 1: Gases Ideales	Estequiometría con gas ideal · Dalton en mezclas · Tabla de reacción y grado de avance · Deducción de la barométrica

Gases Reales y Ecuaciones de Estado

Clases 2 – 3 · Aux 2

#	Sesión	Temas principales
02	Desviaciones del Gas Ideal y Van der Waals	Factor de compresibilidad $Z$ · Volumen excluido $b$ · Fuerzas atractivas $a$ · $(P + a / {\bar{V}}^{2}) (\bar{V} - b) = R T$
03	Punto Crítico y Estados Correspondientes	Desarrollo virial · Temperatura de Boyle · Constantes críticas · $Z_{c} = 3 / 8$ · Variables reducidas · Diagrama generalizado
A2	Auxiliar 2: Gases Reales	Diagrama de compresibilidad · $a$ y $b$ desde datos críticos · Regímenes de $Z$ · $Z_{c}$ de otras ecuaciones de estado

Primera Ley de la Termodinámica

Clases 4 – 6 · Aux 3 – 4

#	Sesión	Temas principales
04	Ley Cero, Trabajo y Calor	Las cuatro leyes · Sistema, frontera y entorno · Ley cero y termometría · Trabajo de expansión en $n$ etapas · Reversible vs. irreversible
05	Energía Interna, Capacidades Caloríficas y Entalpía	$Δ U = Q - W$ · $C_{V} = {(\partial U / \partial T)}_{V}$ · Experimento de Joule · Ley de Joule · $H \equiv U + P V$ · $Δ H = Q_{P}$
06	Relación $C_{P}$ – $C_{V}$ y Efecto Joule-Thomson	$C_{P} - C_{V} = R$ · Estrangulamiento adiabático · $μ_{JT} = {(\partial T / \partial P)}_{H}$ · Regla cíclica · Cambios adiabáticos: $P {\bar{V}}^{γ} =$ cte.
A3	Auxiliar 3: Primera Ley	Trayectorias $P$ – $V$ · Trabajo reversible de Van der Waals · Expansión contra el vacío · Ciclos isocórico-isotérmico-isobárico
A4	Auxiliar 4: Primera Ley II	Isobárico + adiabático · Demostraciones con diferenciales totales · $μ_{JT}$ de Van der Waals · $T V^{γ - 1} =$ cte. · Ley de Hess

Termoquímica

Clases 7 – 8 · Aux 5

#	Sesión	Temas principales
07	Calor de Reacción y Entalpías de Formación	Exo y endotérmico · $Δ H$ de reacción · Reacciones de formación · Estado estándar · $Δ H_{f}^{\circ}$ de elementos $= 0$ · $Δ H = Δ U + Δ n_{gas} R T$
08	Ley de Hess y Ecuación de Kirchhoff	Ley de Hess · Álgebra de reacciones · Ciclo termodinámico en $T$ · $Δ C_{P}^{\circ}$ · $Δ H_{2} = Δ H_{1} + \int Δ C_{P} d T$
A5	Auxiliar 5: Pre-Control 1	Combustión del octano · Ley de Hess con hidracina · Ciclo con fuente térmica y $C_{P} (T)$ · $α$ , $β$ y $κ$ de Van der Waals · Temperatura de llama

Segunda Ley y Entropía

Clase 9 · Aux 6

#	Sesión	Temas principales
09	Segunda Ley, Ciclo de Carnot y Entropía	Procesos espontáneos · Kelvin-Planck y Clausius · Teorema y ciclo de Carnot · $η = 1 - T_{f} / T_{c}$ · Ciclo de Otto · $d S = δ q_{rev} / T$ · $S = k_{B} ln W$
A6	Auxiliar 6: Ciclos y Entropía	Combustión del etanol y Kirchhoff · Rendimiento de un ciclo genérico · Ciclo de Atkinson completo · $Δ S$ por etapa · Congelación a −10 °C

🗺️ Programa del curso

Las cuatro unidades temáticas del programa oficial. Los apuntes cubren hasta donde ha avanzado el curso; el resto se irá agregando.

Unidad 1 — Leyes de la Termodinámica (9 semanas). Ecuaciones de estado empíricas, gas ideal y no ideal · Ley cero · Primera ley: reversibilidad, trabajo, calor, entalpía, termoquímica, capacidades térmicas, ciclos · Segunda ley: entropía, Clausius, Carnot, ciclos Rankine/Brayton/Otto/Diesel, refrigeración · Tercera ley · Energías libres de Helmholtz y Gibbs, Gibbs-Helmholtz, relaciones de Maxwell, potencial químico.
Unidad 2 — Equilibrio (2 semanas). Equilibrio en reacciones químicas · Equilibrio de fases · Regla de las fases de Gibbs · Ecuación de Clapeyron y aproximación de Clausius-Clapeyron · Diagramas de fases de un componente.
Unidad 3 — Soluciones ideales y no ideales (1,5 semanas). Termodinámica de soluciones · Ecuación de Gibbs-Duhem · Propiedades molares parciales · Propiedades coligativas · Coeficientes de actividad y fugacidad.
Unidad 4 — Cinética química (2,5 semanas). Reacciones de primer y segundo orden · Reacciones complejas: paralelas, opuestas y consecutivas · Mecanismos de reacción · Enfoque de Arrhenius.

✦ Lo que falta por cubrir

Los apuntes llegan hasta la definición de entropía (clase 9, unidad 1). Lo que sigue en el programa: desigualdad de Clausius y entropía del universo, ciclos Rankine/Brayton/Diesel y refrigeración, tercera ley y energías libres de Helmholtz y Gibbs.
El convenio de signos de este curso es $Δ U = Q - W$ , con $W > 0$ para el trabajo producido por el sistema. Es el opuesto al que usan varios textos de física — incluido el curso de Termodinámica del DFI que también está en este repositorio.
Bibliografía recomendada: Castellan, Fisicoquímica · Atkins, Química Física · Levine, Fisicoquímica · Mortimer, Physical Chemistry.