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  • 1. FISICOQUIMICA Curso 2005 Clase 1. Agosto 17 Prof. Dr. Alberto Boveris Introducción al Curso. La fisicoquímica. La termodinámica. Kemeía: la diosa de la transmutación (cambio).
  • 2. La función de los profesores respecto de los alumnos es : 1. Dar Información 2. Proveer Aspectos de Educación General 3. Contestar preguntas sobre la materia, la ciencia, y las carreras profesionales
  • 3. La función de los Encargados de Comisiones respecto de los alumnos es: 1. Proveer información (seminarios). 2. Indicar ( educar ) sobre la importancia de los temas. 3. Dar indicaciones decisivas sobre temas de regularidad, promoción y aprobación de la materia.
  • 4. Hay un papel esencial a desempeñar por los estudiantes: <ul><li>1. Intercambiar información </li></ul><ul><li>2. Compartir indicaciones </li></ul><ul><li>y experiencia en la regularidad, </li></ul><ul><li>promoción y aprobación de la </li></ul><ul><li>materia </li></ul><ul><li>3. Controlar su propio proceso de </li></ul><ul><li>enseñanza-aprendizaje: </li></ul><ul><li>Comparación con los compañeros </li></ul><ul><li>Preguntas opcionales de la Guía </li></ul><ul><li>Preguntas de examen en “Temas de FQ” </li></ul>
  • 5. Material de Estudio 1. Libros de Texto FISICOQUIMICA . David Ball. Thomson (Mexico), 2004. QUIMICA FISICA. Peter Atkins. Omega (Barcelona), 1999. 2. Temas de Fisicoquímica. Cátedra de Fisicoquímica, CEFYB, 2005. Temas de aplicación de la fisicoquímica a las carreras de Farmacia y Bioquímica. 3. Guía de Trabajos Prácticos. Cátedra de Fisicoquímica. CEFYB , 2004.
  • 6. Fisicoquímica <ul><li>La fisicoquímica es la parte de la química que describe los procesos químicos con el modo cuantitativo (ecuacional) de la física. </li></ul><ul><li>El propósito de la fisicoquímica es comprender, predecir y controlar los procesos químicos para su utilización. </li></ul>
  • 7. Curso de Fisicoquímica Facultad de Farmacia y Bioquímica <ul><li>El curso de Fisicoquímica consta de dos partes principales: </li></ul><ul><li>Termodinámica y Cinética Química . </li></ul><ul><li>En las dos partes hay un enfoque general del tema y una aplicación de los conceptos a los sistemas biológicos y a las aplicaciones farmacéuticas y bioquímicas. </li></ul>
  • 8. ¿Por qué un curso de fisicoquímica en las carreras de farmacia y bioquímica? <ul><li>Contribuye en forma importante al conocimiento químico experimental y al reconocimiento de la química como una ciencia exacta (dura). </li></ul><ul><li>Los fenómenos descriptos en los modos de la fisicoquímica: (a) termodinámicamente y (b) cinéticamente, constituyen un conocimiento científico aplicable a las ciencias farmacéuticas y bioquímicas. Las áreas de aplicación son: formas farmacéuticas (coloides, micelas y liposomas), cinética de absorción y estabilidad de medicamentos, fisiología celular, acción de drogas, etc. </li></ul>
  • 9. Conocimiento, duda y error <ul><li>El conocimiento es concebido como la unión de la racionalidad con la experiencia sensorial (Kant) </li></ul><ul><li>En las ciencias post-Newtonianas (la química actual), el conocimiento es la unión de la teoría con la experimentación </li></ul><ul><li>La teoría expresada matemática y ecuacionalmente está libre de error cuantitativo </li></ul><ul><li>La experimentación y la observación tienen inherentemente una incertidumbre cuantitativa </li></ul>
  • 10. Magnitud relativa de la incertidumbre, duda o error observacional o experimental <ul><li>Matemática: (ecuaciones) </li></ul><ul><li>Física: (a) constantes </li></ul><ul><li>(b) determinaciones </li></ul><ul><li>Fisicoquímica: (a) constantes </li></ul><ul><li>(b) determinaciones </li></ul><ul><li>Química (en general) </li></ul><ul><li>Farmacia </li></ul><ul><li>Fisiología </li></ul><ul><li>Farmacología </li></ul><ul><li>Valores clínicos: (a) referencia </li></ul><ul><ul><li>(b) grupales </li></ul></ul><ul><ul><li>(c) variación individual </li></ul></ul><ul><li>0 </li></ul><ul><li>10 -8 - 10 -5 </li></ul><ul><li>10 -5 - 10 -3 </li></ul><ul><li>10 -5 - 10 -4 </li></ul><ul><li>10 -3 - 10 -2 </li></ul><ul><li>10 -2 ; 1-5 % </li></ul><ul><li>2 - 5 % </li></ul><ul><li>5 - 10 % </li></ul><ul><li>10 % </li></ul><ul><li>10-30 % </li></ul><ul><li>20-40 % </li></ul><ul><li>30-100 % </li></ul>
  • 11. Termodinámica <ul><li>El capítulo inicial de la Fisicoquímica es la Termodinámica que trata de los intercambios de energía y de la espontaneidad de los procesos (físicos, químicos y biológicos). </li></ul><ul><li>La Primera Ley de la Termodinámica es la “Ley de la Conservación de la Energía” y la Segunda Ley de la Termodinámica, referida a la espontaneidad de los procesos, es la “Ley de la Creación de la Entropía”. </li></ul>
  • 12. Sistema (S): Porción del universo en estudio Medio (M): La parte del universo que rodea al sistema Límite (L): Superficie o línea imaginaria que define la extensión del sistema. La Termodinámica define Universo = Sistema + Medio* S M L * : también ambiente, alrededores o entorno .
  • 13. El equivalente mecánico del calor 1. En el sistema SI, la unidad de trabajo es el Joule 1 J = 1 N  m = 1 kg  m 2  seg -2 1 Newton = 1 kg  1 m  seg -2 2. La caloría (unidad de calor) es: 1 cal = 1 °C / 1 g de agua (de 15 °C a 16 °C) 3. ¿Cómo llegamos a esto que sigue? 1 cal = 4.184 J
  • 14. Benjamín Thompson, Conde Rumford 1753-1814 Medidas hechas en 1793 1034 pies  libra = 1 BTU 107 kg.m  9.81 = 1396 kg m 2 seg -2 1 BTU = 0.55 °F/°C  0.453 = 251 cal 1 cal = 5.56 J
  • 15. Julius von Mayer ( 1814-1878 ) publicó &quot;Remarks o n the Forces of Inorganic Nature&quot; en Annalen der Chemie und Pharmacie , 43 , 233 (1842) con la equivalencia 1 cal = 4.22 J (en sus unidades). Mayer desarrolló la idea de la interconversión de trabajo y energía en un viaje a las Indias Orientales Holandesas (hoy Indonesia) como médico a bordo, al observar que la sangre de los marineros era “mas roja” en Indonesia que en Holanda. Su interpretación fue que se consumía menos oxígeno y se utilizaba menos “energía” para mantener la temperatura corporal en el clima mas cálido. Consideró que calor y trabajo eran formas de la energía, y después de aprender un poco de física, calculó una relación entre ellos, basada en la diferencia entre Cp y Cv del aire. Cp – Cv (aire) = 8.88  10 -2 cal/°C  litro de aire Trabajo (P   V) = 1 atm x 1/273 litro/°C = 3.66  10 -3 1itro-atm 1 cal = 4.22 J
  • 16. James Prescott Joule (1818-1889), desarrolló sus experimentos en 1834-1844 890 libras  1 pie (  32.2 p/s 2 ) = = 1 °F/ 1 libra de agua 1202 kg m 2 seg -2 = 1 BTU = 251 cal 1 cal = 4.78 J
  • 17. James P. Joule (ca. 1870) La relación (1 cal = 4.184 J) es la definición y la unidad de energía actual, basada en las medidas de trabajo (en J) y de calor (en calorías). La tendencia moderna es usar solamente Joules. La relación implica la interconvertibilidad del movimiento molecular (calor) y del movimiento macroscópico (trabajo). 1 cal = 4.184 J
  • 18. Energías involucradas en procesos químicos y biológicos: 1 kg subido a una altura de 1 m (9.81 m/seg -2) = 9.81 J 1 fósforo quemándose (trabajo práctico)  1 kJ 1 latido cardíaco  1 J 1 g de sacarosa (calorímetro o cuerpo humano) = 17.14 kJ 1 barra de chocolate (10 g de azúcar y 10 g de grasa) =  540 kJ La unicidad del concepto de energía puede ser reconocida considerando el momento (masa  velocidad 2 ) Energía cinética macroscópica = ½ m.v 2 (kg.m 2 .seg -2 ) Energía potencial (gravitacional) = m.g.h (kg.seg -2 .m) Energía translacional molecular =  xyz (½ m.v 2 ) (kg.m 2 .seg -2 ) Conversión de materia y energía = mc 2 (kg.m 2 .seg -2 )
  • 19. En el trabajo de expansión hay un movimiento ordenado del pistón, lo que implica una utilización del movimiento molecular caótico En un gas: ( 1 ) los choques elásticos contra las paredes del recipiente no implican pérdida de energía cinética; y ( 2 ) los choques contra el pistón se descomponen en dos vectores, un vector de movimiento lateral, y otro vector, de movimiento paralelo al eje del pistón. Los segundos, sumados, le confieren movimiento al pistón y constituyen el trabajo. 1 2
  • 20. Distinción molecular entre calor y trabajo como energía transferida del sistema al medio Calor: movimiento caótico a caótico Paredes fijas Pistón móvil Sistema (gas) Pared ó pistón (metal) Trabajo: movimiento caótico a ordenado
  • 21. LEY DE LA CONSERVACION DE LA ENERGIA PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA  U =  q +  w forma diferencial La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma y se conserva (1840)  U = Q + W forma integrada
  • 22. LEY DE LA CONSERVACION DE LA MASA LEY FUNDAMENTAL DE LA QUIMICA La masa no se crea ni se destruye, solo se transforma y se conserva (1780) La interconversión comprobada de la masa y la energía (E = mc 2 ) llevaron a la Ley de Conservación de la Masa-Energía: “ La masa y la energía ni se crean ni se destruyen, se transforman y se conservan”.
  • 23. Estrategias didácticas para incorporar la idea de la Primera Ley <ul><li>Cálculos con el gas ideal en el cilindro de pistón móvil.  U = Q + W. </li></ul><ul><li>Valores: 0.1- 5 kJ/mol. (Sem 1). </li></ul><ul><li>Establecer que el calor de reacción (  H) es independiente de los pasos (Ley de Hess): dilución del H 2 SO 4 : 40-50 kJ/mol (TP 1). </li></ul>
  • 24. Primera Ley de la Termodinámica <ul><li>La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma y se conserva </li></ul><ul><li>Fenómeno molecular subyacente </li></ul><ul><li>Los choques elásticos de las moléculas </li></ul><ul><li>Corolario de la Primera Ley </li></ul><ul><li>Hagas lo que hagas no podrás ganar </li></ul>

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