Posgrado
  1. Química Física  1.1. Termodinámica  1.1.1. Leyes de la Termodinámica  1.1.2. Entalpía y capacidad calorífica  1.1.3. Entropía y energía libre  1.1.4. Equilibrio de Fase  1.1.5. Termodinámica estadística  1.1.6. Ciclo termodinámico  1.1.7. Fugacidad y actividad  1.2. Química Cuántica  1.2.1. Principios de la mecánica cuántica  1.2.2. Ecuación de Schrödinger  1.2.3. Partícula en una caja  1.2.4. Operadores y valores propios  1.2.5. Orbitales atómicos  1.2.6. Teoría de orbitales moleculares  1.2.7. Teoría de perturbaciones  1.2.8. Teoría del enlace de valencia  1.2.9. Hibridación y enlace químico  1.3. Cinética química  1.3.1. Leyes de velocidad y mecanismos de reacción  1.3.2. Teoría de colisiones  1.3.3. Teoría del estado de transición  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reacciones en cadena y polimerización  1.3.6. Reacciones fotoquímicas  1.4. Mecánica estadística  1.4.1. Función de partición  1.4.2. Funciones de distribución molecular  1.4.3. Distribución de Boltzmann  1.4.4. Estadísticas de Bose–Einstein y Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopía  1.5.1. Espectroscopía Rotacional  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopía Electrónica  1.5.4. Espectroscopia de resonancia magnética nuclear  1.5.5. Espectrometría de Masas  1.5.6. Espectroscopía Raman  1.5.7. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  1.6. Química de superficies y coloides  1.6.1. Isoterma de absorción  1.6.2. Tensión superficial y mojado  1.6.3. Estabilidad Coloidal  1.6.4. Catalisis  1.6.5. Emulsiones y micelas  1.7. Electroquímica  1.7.1. Ecuación de Nernst  1.7.2. Células electroquímicas  1.7.3. Conductividad y movilidad  1.7.4. Guerra  1.7.5. Celdas de combustible  1.7.6. Electrólisis
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones pericíclicas  2.2. Espectroscopia y determinación estructural  2.2.1. Espectroscopía UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopía de RMN  2.2.4. Espectrometría de Masa  2.2.5. Cristalografía de rayos X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidad y actividad óptica  2.3.2. Análisis estructural  2.3.3. Isomería geométrica  2.3.4. Estereoquímica Dinámica  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.4.2. Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio  2.4.3. Complejos de metales de transición  2.4.4. Enlace metal-carbono  2.5. Química de polímeros  2.5.1. Mecanismo de polimerización  2.5.2. Características de los Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradable  2.5.4. Polímero conductor  2.5.5. Polímeros supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Diseño y desarrollo de fármacos  2.6.2. Farmacocinética y farmacodinámica  2.6.3. Relaciones estructura-actividad  2.6.4. Acoplamiento molecular y selección de fármacos
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Teoría del campo cristalino  3.1.2. Teoría del campo de ligandos  3.1.3. Serie espectroquímica  3.1.4. Quelación y estabilidad  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalysis por complejos organometálicos  3.2.3. Metalocenos  3.3. Química bioinorgánica  3.3.1. Metaloproteínas y enzimas  3.3.2. El rol de los metales en los sistemas biológicos  3.3.3. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  3.4. Química del estado sólido  3.4.1. Estructuras Cristalinas  3.4.2. Teoría de bandas de los sólidos  3.4.3. Superconductors  3.4.4. Defectos en el cristal  3.5. Lantánidos y Actínidos  3.5.1. Configuración electrónica en lantánidos y actínidos  3.5.2. Química de coordinación de los lantánidos  3.5.3. Propiedades Magnéticas de los Lantánidos
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Resolución  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.2.2. Difracción de rayos X  4.2.3. Espectroscopía de plasma acoplado inductivamente  4.3. Métodos electroanalíticos  4.3.1. Potenciometría  4.3.2. Voltametría  4.3.3. Colometría  4.4. Espectrometría de masas  4.4.1. Técnica de Ionización  4.4.2. Patrón de Fragmentación  4.5. Chemometría  4.5.1. Análisis multidisciplinario  4.5.2. Aprendizaje Automático en Química
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.1.1. Force fields and energy minimization  5.1.2. Simulación de Monte Carlo en simulaciones de dinámica molecular  5.2. Métodos químicos cuánticos  5.2.1. Teoría de Hartree–Fock  5.2.2. Teoría del funcional de la densidad  5.2.3. Métodos semiempíricos  5.3. Diseño computacional de fármacos  5.3.1. Alineamiento Molecular  5.3.2. Modelado QSAR  5.3.3. Tamizaje Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inhibición  6.2. Metabolismo y Bioenergética  6.2.1. Glicólisis  6.2.2. Ciclo del ácido cítrico  6.2.3. Cadena de transporte de electrones  6.3. Biología Molecular  6.3.1. Replicación y reparación del ADN  6.3.2. La síntesis de proteínas  6.3.3. Regulación Génica  6.4. Bioquímica Estructural  6.4.1. Plegado de proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efecto invernadero  7.1.2. Agotamiento del ozono  7.1.3. Contaminantes del aire y humo  7.2. Química del Agua  7.2.1. pH y dureza del agua  7.2.2. Tratamiento de aguas residuales  7.2.3. Química Acuática  7.3. Química del Suelo  7.3.1. Contaminación por metales pesados  7.3.2. pH del Suelo y Amortiguación  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicología y Seguridad Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Evaluación de Riesgos en Toxicología y Seguridad Química en Química Ambiental  7.4.3. Efectos de los contaminantes en el medio ambiente

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Ciclo termodinámico


El ciclo termodinámico es un concepto fundamental en la termodinámica, especialmente en el estudio de motores térmicos, refrigeradores y varios sistemas energéticos. Un ciclo termodinámico consiste en una serie de procesos que devuelven un sistema a su estado inicial. Durante estos procesos, se transfiere energía dentro del sistema, a menudo en forma de trabajo y calor. El concepto de ciclos termodinámicos es importante para entender cómo los motores térmicos convierten el calor en trabajo, cómo los refrigeradores trasladan el calor de una región fría, y cómo ocurren varias transformaciones de energía.

Conceptos básicos

En termodinámica, un ciclo involucra una secuencia de procesos termodinámicos que comienzan y terminan en el mismo estado termodinámico, lo que generalmente significa que el sistema regresa a su estado físico, químico o térmico original. Aquí hay una representación simple:

        Caso 1 → Proceso A → Caso 2 → Proceso B → Caso 3 → Proceso C → Caso 4 → Proceso D → Caso 1

Un ciclo completo genera un intercambio de energía con el entorno, generalmente trabajo realizado por el sistema o calor absorbido por el sistema. Estudiar estos ciclos nos ayuda a entender cómo se transfiere y transforma la energía.

Principales ciclos termodinámicos

Existen varios ciclos termodinámicos principales que forman la base de muchos sistemas prácticos y teóricos:

1. Ciclo de Carnot

El ciclo de Carnot es un modelo teórico que describe la máxima eficiencia posible que puede alcanzarse por un motor térmico al convertir calor en trabajo o viceversa. Consiste en dos procesos isotérmicos y dos procesos adiabáticos y se utiliza como una referencia ideal para los motores térmicos del mundo real. El ciclo consiste en:

  • Expansión isotérmica
  • Expansión adiabática
  • Compresión isotérmica
  • Compresión adiabática
Expansión isotérmica Compresión isotérmica Expansión adiabática Compresión adiabática

La eficiencia del ciclo de Carnot está determinada por las temperaturas de los reservorios calientes y fríos: Eficiencia = 1 - (Tfría /Tcaliente ), donde las temperaturas están en Kelvin.

2. Ciclo Otto

El ciclo Otto es el ciclo ideal para motores de combustión interna de encendido por chispa como los que se encuentran en los automóviles. El ciclo lleva el nombre de Nicolaus Otto, el ingeniero alemán que inventó el motor a gasolina. El ciclo consta de cuatro procesos:

  • Compresión isentrópica
  • Adición de calor a volumen constante
  • Expansión isentrópica
  • Rechazo de calor a volumen constante
Presión Expansión

La eficiencia para el ciclo Otto se da como: Eficiencia = 1 - (1/Relación de compresiónγ-1 ), donde γ es la relación de calores específicos.

3. Ciclo Diesel

El ciclo Diesel describe el funcionamiento de un motor diesel, que utiliza ignición por compresión en lugar de la ignición por chispa encontrada en el ciclo Otto. Este ciclo consta de:

  • Compresión isentrópica
  • Promoción de calor a presión constante
  • Expansión isentrópica
  • Rechazo de calor a volumen constante
Presión Expansión

La eficiencia para el ciclo Diesel es: Eficiencia = 1 - 1/rγ-1 * [(Pcorte )γ - 1], donde r es la relación de compresión y Pcorte es la relación de corte.

4. Ciclo Rankine

El ciclo Rankine es el ciclo ideal para las plantas de energía de turbinas de vapor comúnmente encontradas en la generación de electricidad. Consiste en cuatro procesos principales:

  • Expansión isentrópica
  • Expansión isotérmica
  • Compresión isotérmica
  • Compresión isentrópica
Expansión Presión

Este ciclo nos ayuda a entender cómo la energía térmica producida por la combustión del combustible puede convertirse en energía mecánica.

Aplicaciones de los ciclos termodinámicos

Los ciclos termodinámicos tienen amplias aplicaciones en diversos campos de la ingeniería y la ciencia:

Generación de energía

Plantas de energía como las de carbón, nucleares o de gas natural utilizan ciclos como el ciclo Rankine para convertir la energía térmica producida por la combustión o reacciones nucleares en energía mecánica, que finalmente se convierte en energía eléctrica.

Motores automotrices

Los motores de automóviles utilizan el ciclo Otto (para motores de gasolina) y el ciclo Diesel (para motores diésel) para convertir eficientemente el combustible en trabajo.

Refrigeración y bombas de calor

Estos ciclos se utilizan en refrigeradores y sistemas de aire acondicionado para transferir calor de un área fría a un área cálida, manteniendo la temperatura deseada en el espacio interior.

Conclusión

Entender los ciclos termodinámicos es fundamental en el diseño y análisis de sistemas que involucran transformación de energía y producción de trabajo. Estos ciclos proporcionan importantes insights para optimizar la eficiencia energética de motores, vehículos, plantas de energía y muchas otras aplicaciones tecnológicas. Al analizar los procesos involucrados en cada ciclo, los científicos e ingenieros pueden mejorar el rendimiento y desarrollar soluciones innovadoras para la transformación y uso de energía.


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Ciclo termodinámico

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