Contenidos

Unidad 1. Propiedades de los gases, los sólidos y los líquidos

La naturaleza de los gases. Dependencia de la presión. Dependencia de la temperatura. Dependencia de la cantidad. La ecuación del gas perfecto. Mezcla de gases. Los modelos que describen los gases. Teoría cinética, y distribución de Maxwell-Boltzmann. Difusión y efusión. Los gases reales. Modelos de van der Waals y virial. En enlace químico. Fuerzas intermoleculares. La naturaleza de los sólidos. La naturaleza de los líquidos. Viscosidad, densidad y tensión superficial de los líquidos.

Unidad 2. Descripción de los sistemas termodinámicos

Descripción termodinámica del Universo. Clasificación de los sistemas. Propiedades del sistema. Estado del sistema. Relación entre las propiedades de un sistema. Ecuaciones de estado. Descripción matemática de un sistema: propiedades de las diferenciales exactas e inexactas, diferenciales parciales,  Teorema de Euler. Cambio en el estado de un sistema. Definición de trabajo y calor.

Unidad 3. La primera Ley de la Termodinámica

Base axiomática de las leyes de la termodinámica. La relación entre el calor y el trabajo. Interpretación molecular de los cambios energéticos. Formulación matemática de la primera Ley de la Termodinámica. Transferencia de calor a volumen y presión constante. Entalpía y capacidad calorífica. Procesos adiabáticos. Dependencia de las capacidades caloríficas con la temperatura. Propiedades térmicas del agua: consecuencias biológicas.

Unidad 4. Aplicaciones de la primera Ley de la Termodinámica

El estado estándar químico. Estado estándar para la entalpía. Termoquímica. Entalpías de combustión. Entalpías de enlace. Entalpías de formación. Entalpías de transición. Entalpías de reacción. Dependencia de la entalpía de reacción con la temperatura: ecuación de Kirchhoff. Calorimetría diferencial de barrido: aplicaciones en bioquímica.

Unidad 5. La entropía y la segunda Ley de la Termodinámica

Definición de entropía. El cociente 1/T como factor de integración del calor. Interpretación microscópica de la entropía. La segunda Ley de la termodinámica. Aplicaciones de la segunda Ley de la Termodinámica. Procesos reversibles. Procesos irreversibles. Procesos producidos por irreversibilidad externa. Procesos producidos por irreversibilidad mecánica interna. Procesos producidos por irreversibilidad térmica externa: equilibrio térmico. Estado estándar para la entropía. Dependencia de la entropía de reacción con la temperatura. Cambios de entropía en los procesos de transición.

Unidad 6. Energía de Gibbs

Energía de Gibbs. Energía de Helmholtz. El criterio de espontaneidad. El concepto de energía de Gibbs. Cambio de la energía de Gibbs para una reacción química. Dependencia con la temperatura. Análisis termodinámico (químico) de la hidrólisis del ATP.

Unidad 7. Equilibrio físico

Termodinámica de las sustancias puras. Ecuaciones de Maxwell. Cambio en el volumen de las sustancias: coeficientes de dilatación isobárico, de compresibilidad isotérmico y de compresibilidad adiabático. El potencial químico de una sustancia pura. Estabilidad de fases. Equilibrio de fases. Diagramas de fases. La ecuación de Clausius. La ecuación de Clausius-Clapeyron. Mezcla de sustancias: cantidades molares parciales. La ecuación de Gibbs-Duhem. Termodinámica de la mezcla de gases. El potencial químico de los líquidos. Soluciones ideales e ideales diluidas. Termodinámica de la mezcla de líquidos. Propiedades coligativas. Modelo molecular para las soluciones: modelo del pseudogas de Mysels (1997). Soluciones reales. Estados de referencia.

Unidad 8. Equilibrio químico

Constantes termodinámicas de equilibrio. Relación entre la constante de equilibrio y las propiedades termodinámicas estándar. Dependencia de la constante de equilibrio con la temperatura: ecuación de van’t Hoff. 

Unidad 9. Aplicaciones de la Termodinámica en Bioquímica

Termodinámica Bioquímica. Recomendaciones IUPAC para Termodinámica Bioquímica (1994). Estado estándar biológico y bioquímico. Análisis termodinámico (bioquímico) de la hidrólisis del ATP. Análisis termodinámico de las rutas metabólicas: bioenergética. Nociones de termodinámica del no-equilibrio: leyes fenomenológicas. Análisis termodinámico del proceso de plegamiento y desnaturalización proteica. Determinación experimental de las propiedades termodinámicas de la desnaturalización proteica. Inducción térmica y química de la desnaturalización proteica: modelo LEM. Análisis termodinámico del proceso de formación de la doble hebra de ADN: modelo BPMM (Base-Pair Nearest Neighbors). Compensación entálpico-entrópica en bioquímica.