I. Principios Elementales de la Química

1. ¿Qué es Físico Química?
2. ¿Cómo podrías clasificar a los diferentes tipos de materia?, ¿y a las sustancias?
3. ¿Qué es un átomo?
4. ¿Cómo podemos comparar los pesos atómicos?
5. ¿Qué es una molécula?
6. ¿Qué es un mol?
7. ¿Qué es una ecuación química?
8. ¿Cuántos estados de agregación de la materia existen?
9. ¿Cómo se caracteriza el estado de un sistema?
10. ¿Qué es una ecuación de estado?
11. ¿Cuales son los temas principales de estudio de la Fisicoquímica?

II. Estructura Atómica

1. ¿A qué nos referimos cuando hablamos de "Mecánica Clásica"?
2. Enuncia al menos dos de los problemas no resueltos por la mecánica clásica que dieron pie al advenimiento de la mecánica cuántica.
3. Según la física clásica, ¿qué tipo de comportamiento tiene la luz?
4. ¿Por qué se dice que la descripción clásica de las partículas es determinista?, ¿qué es lo opuesto a este tipo de concepción?
5. ¿Qué es un cuerpo negro?
6. ¿Cuál es la fórmula de Rayleigh para la distribución de frecuencias clásica de la radiación de un cuerpo negro?
7. ¿Cuál es la fórmula de Planck para la distribución de frecuencias?, ¿cuál es el fundamento básico para la obtención de esta fórmula?
8. ¿En qué consiste el Efecto Fotoeléctrico? Enuncia sus características observadas experimentalmente, y su probable descripción clásica.
9. Describe el enfoque cuántico del efecto fotoeléctrico dado por Einstein en 1905. ¿Cuál es la fórmula para la energía de los fotones en función de la energía del haz incidente?
10. Escribe la fórmula para las frecuencias de las líneas de radiación del Hidrógeno para la serie de Lyman. Describe la diferencia con las series de Balmer, Paschen, Brackett y Pfund.
11. Describe ampliamente el átomo de Bohr: las energías de los estados estacionarios, las transiciones entre diferentes estados, las formas de las órbitas, el momento angular, etc.
12. ¿Cuál es la longitud de onda de DeBroglie? Explica.
13. Describe el principio de incertidumbre de Heisenberg, y sus consecuencias físicas.
14. Describe las ecuaciónes de Schrödinger dependiente e independiente del tiempo.
15. ¿Qué representa |(x)|^2?
16. Enuncia todos los postulados que describan a la función de onda cuántica.
17. ¿Qué es un operador?
18. ¿Qué propiedad(es) tiene un operador hermítico?
19. ¿Cuál es la función de onda de una partícula libre?
20. Resuelve la ecuación de Schrödinger para una partícula en una caja, es decir, cuando el potencial es
    V=0 para 0<x<a
    V=infinito para x<0 ó x>a
21. ¿Cuál es la ecuación de Schrödinger para un oscilador cuántico?, ¿cuál es el eigenvalor de la energía?
22. ¿Cuál es el eigenvalor de energía para un Rotor Rígido?
23. ¿Cuáles son los operadores y eigenvalores para el momento angular total al cuadrado, y para la componente Z del momento angular?
24. ¿Cuáles son los eigenvalores de energía para el átomo de hidrógeno?
25. ¿Qué representan los números cuánticos n,l y m, y cuáles son los vaores posibles que puede tomar cada uno de ellos?
26. ¿Qué es, o qué representa un orbital?
27. Dibuja los orbitales 1s, 2s, 2p_x, 2p_y y 2p_z.
28. Da una descripción del espín electrónico, y escribe los eigenvalores de los operadores relevantes.
29. ¿Qué es un Espín-Orbital?
30. ¿Cuántos números cuánticos se necesitan para describir a un electrón en un orbital del átomo de hidrógeno?
31. ¿Cómo se pueden entender las propiedades magnéticas de un electrón?, ¿y de un átomo de hidrógeno?
32. Describe el efecto Zeeman, y su relevancia para el entendimiento de las propiedades cuánticas de los átomos.
33. Enuncia el Principio de Pauli.
34. Enuncia el Principio de Exclusión de Pauli.
35. ¿Cuántos electrones se pueden colocar en los orbitales s, p, d, f?
36. Enuncia la Regla de Hund.
37. Describe el orden de "llenado" de la tabla periódica de elementos.
38. ¿Cuándo se dice que dos de electrones están pareados?
39. Define Potencial de Ionización.
40. Define Afinidad Electrónica

III. Enlaces Químicos

1. ¿Quién propuso la ley del octeto, y en qué consiste ésta?
2. Describe y da ejemplos de enlaces iónicos.
3. ¿Qué es, o cómo se calcula la energía de enlace?
4. ¿Qué es el radio de enlace?, ¿cúal es su relación con la longitud de enlace?
5. ¿Qué es un enlace covalente?
6. ¿Qué es un enlace covalente polar?
7. ¿En qué consiste la aproximación de Born Oppenheimer?
8. Describe cómo se obtiene la función de onda molecular basándose en la aproximación de Born Oppenheimer.
9. Describe ampliamente el método de enlace de valencia: describe un par electrónico, desarrolla las estructuras resonantes, describe la función de onda simétrica normalizada, la integral de sobreposición, etc...
10. Da las formas integrales de la integral de sobreposición, la energía Coulombiana, la energía de intercambio, y las integrales de intercambio.
11. ¿Quién sugirió y en qué consiste el principio de máxima sobreposición?
12. Describe ampliamente el método de orbital molecular: cómo se describe el movimento electrónico, y el movimiento nuclear, cuál es el hamiltoniano básico, la función de onda par (simétrica) para un solo electrón, la energía asociada a esta función de onda, la energía para dos electrones pareados en el estado base, etc...
13. Con respecto a las estructuras introducidas en el método de enlace de valencia, ¿qué estructuras nuevas se introducen en el método de orbirtal molecular, y de qué orden son las contribuciones de éstas?
14. Basado en la regla del octeto, describe un enlace covalente entre donador y aceptor. ¿Qué otro nombre recibe este tipo de enlace?
15. Describe un enlace metálico; en particular, describe esquemáticamente las diferencias entre un conductor, un aislante y un semiconductor.

IV. Iones y Moléculas

1. Describe las diferencias en propiedades físicas entre los enlaces iónicos y covalentes.
2. Representa esquemáticamente la sobreposición de orbitales S.
3. Representa esquemáticamente la sobreposición de un orbital S y un orbital P. ¿Cuándo es máxima?
4. Representa esquemáticamente la sobreposición de dos orbitales P. ¿Cuándo es máxima?
5. Haz un esquema y explica por qué se espera una estructura a 90 grados para la molécula de agua.
6. ¿Qué es hibridación?
7. Describe la hibridación en el carbono que conduce a orbitales SP3.
8. Describe la hibridación en el carbono que conduce a orbitales SP2.
9. Describe la hibridación en el carbono que conduce a orbitales SP.
10. ¿Cuáles enlaces son más fuertes, los sencillos, dobles o triples?
11. Describe las relaciones entre intensidad de enlace, distancia entre átomos, y el orden de los enlaces.
12. Para elementos de la segunda fila, ¿cuántos orbitales hay disponibles para la hibridación?
13. Describe cómo se genera momentos dipolares inducidos en las moléculas.
14. Da las relaciones entre la polarizabilidad de la molécula, la constante dieléctrica del medio, y la polarización molar inducida.
15. ¿Quién sugirió la existencia de dipolos permanentes, y cómo podemos explicar éstos?
16. Describe la depencia de la temperatura de la polarización molar total, y escribe las fórmulas asociadas.
17. ¿Qué es un Debye, y por qué se eligió ese orden de magnitud?
18. ¿En qué unidades se miden las polarizaciones molares?

El primer examen parcial consta de los temas de las cuatro primeras unidades. Para poder tomarlo, es requisito indispensable llevar este cuestionario completamente resuelto.

V. Gases

1. ¿Cuántos estados de agregación de la materia existen, cuáles son?
2. ¿Cuántas cantidades (y cuáles) se necesitan para definir el estado de un gas?
3. Enuncia y explica la ley de Boyle.
4. Enuncia y explica la ley de Gay-Lussac.
5. A partir de la Ley de Gay-Lussac, ¿cómo se obtiene una nueva definición de la temperatura?
6. ¿Cuál es la ley de Charles?
7. A partir de las leyes de Boyle y Charles, muestra cómo se puede obtener la ecuación de estado del gas ideal.
8. Define una curva isoterma, isobara e isométrica.
9. Enuncia, y explica, la ley de presiones parciales de Dalton.
10. Menciona algunos tipos de desviaciones de los gases reales con respecto al comportamiento ideal.
11. ¿En qué consiste la ley de LeChatelier?
12. A partir de modificaiones de la ecuación de estado del gas ideal, deriva la ecuación de Van der Waals.
13. Muestra que desarrollando en serie de potencias para b/V pequeño en la ecuación de Van der Waals, se puede obtener la siguiente relación:
    PV/RT=1+bP/RT-a/RTV+ab/RTV**2
14. La ecuación de Van der Waals es una ecuación cúbica en V. A partir de sus raíces encuentre Vc, a y b en función de R, Pc y Tc (donde c significa "crítico", y se refiere a estas raíces).
15. Explique la ley de estados correspondientes.
16. Enuncia las suposiciones fundamentales de la Teoría Cinética de los Gases.
17. Deriva la presión que un gas ejerce sobre un paralelepípedo imaginario de volumen V, usando u_l como la velocidad longitudinal del gas con respecto a una de las caras del paralelepípedo.
18. ¿Cuál sería el valor de la presión en tres dimensiones en función de la velocidad cuadrática media, y de la energía promedio?
19. Explica por qué estas ecuaciones conducen a la idea de "movimiento térmico" en los gases.
20. Deriva la distribución de velocidades de Maxwell.
21. A partir de la distribución de velocidades de Maxwell, deriva esta distribución en términos de las energías promedios.

VI. Sólidos

1. ¿A qué estados de agregación se denomina fases condensadas, y por qué características?
2. Para fases condensadas, derive la ecuación V=V 0 _0^0 (1+ t) (1- (p-1))
3. Define los calores de fusión, vaporización y sublimación.
4. Define "presión de vapor".
5. Define las temperaturas de ebullición/sublimación normal.
6. Define tensión superficial.
7. ¿Cómo se clasifican los sólidos?, ¿cuál es la similitud de los líquidos con estas clasificaciones?
8. Por tipos de enlaces químicos, ¿cómo se clasifican los cristales?
9. Describe los tipos de cristales de la pregunta anterior.
10. ¿Qué es número de coordinación?
11. ¿Qué es la energía de cohesión?
12. En cuanto a las estructuras de los cristales, define (y haz un gráfico sencillo) de los siguientes conceptos:
    i. Base,
    ii. estructura del cristal,
    iii. red espacial, y
    iv. celdilla unidad.
13. Define las celdillas primitivas, centrada en el cuerpo, centrada en las caras, y centrada en los extremos.
14. Dibuja las 14 redes de bravais, agrupadas por sistemas cristalinos.
15. Explica cómo se definen los planos de un cristal en base a los índices de Miller.
16. Para una red cúbica centrada en las caras, dibuja los siguientes planos: (100), (220), y (111).
17. ¿Por qué se utilizan Rayos-X para estudios de difracción en cristales?
18. Explica qué es un diagrama de Laue.
19. Deriva la ecuación de Bragg.
20. ¿Cuándo se utilizan haces de neutrones en vez de Rayos-X para estudios de difracción? Explica.
21. ¿Cuándo se utilizan haces de electrones en vez de Rayos-X para estudios de difracción? Explica.
22. Describe (y haz un gráfico sencillo) de los siguientes tipos de defectos en cristales
    i. defectos puntuales,
    ii. defectos lineales, y
    iii. defectos de plano.

VII. Líquidos

1. Comenta sobre las diferencias de los líquidos con los sólidos y gases, principalmente en cuanto a tratamiento teórico.
2. ¿Qué es la función de distribución radial?, ¿cuál es su utilidad?
3. ¿A qué se refiere uno cuando se habla de un cambio de estado de un sistema?
4. Explica la utilidad de las capacidades caloríficas a presión y volumen constante (Cp, Cv) para el estudio de cambios de estado de un sistema.
5. ¿Cuándo se habla de equilibrio químico, y cuándo de equilibrio de fases?
6. Escribe la ecuación fundamental del equilibrio material, para un proceso reversible en un sistema cerrado donde solo se realiza trabajo mecánico.
7. Muestra que para un sistema en donde exista cambio de fases una sustancia fluye desde una fase con potencial químico mayor a otra con potencial químico menor.
8. Muestra que cuando el sistema de la pregunta anterior llega al equilibrio el potencial químico de cualquier componente es el mismo en todas sus fases presentes.
9. ¿Cómo se definen los coeficientes estequiométricos?
10. Utilizando el grado de avance de una reacción química, deduce la ecuación para la condición de equilibrio químico en función de los potenciales químicos.
11. ¿Cómo se define la fracción molar de una especie j en una fase alpha?
12. ¿Cómo se define el número de grados de libertad de un estado de i especies y alpha fases?
13. Utilizando las variables intensivas de un sistema químico, y las posibles restricciones en el estado de equilibrio, muestra que el número de grados de libertad está dado por la regla de las fases de Gibbs
    f=c-p+2para c especies y p fases.
14. En un diagrama de fases para un estado de un solo componente, indique las regiones donde f=2, f=1, y f=0.

VIII. Cinética de las Reacciones

1. ¿En qué consiste la cinética de las reacciones?
2. ¿Cómo podríamos clasificar las reacciones de acuerdo al número de fases presentes?
3. Define la velocidad de reacción J en términos de los coeficientes estequiométricos, y del avance de la reacción.
4. ¿Cómo puedes explicar que la velocidad de reacción tenga la misma forma para todas las especies en la reacción química?
5. Deriva la velocidad de reacción por unidad de volumen en términos de las concentraciones de las especies, explicando las suposiciones necesarias para hacer esta derivación.
6. ¿Qué es una ecuación cinética? Describe sus términos.
7. Define una reacción elemental, y una compleja.
8. Describe las diferencias entre los métodos químicos y físicos utilizados para medir las velocidades de reacción.
9. En los métodos físicos, ¿cuál es la diferencia entre métodos estáticos, de flujo, y de relajación? Menciona algunos ejemplos de cada uno de ellos.
10. ¿Cómo se define el tiempo de vida media de una reacción?
11. Integra la ecuación Cinética para una reacción de Primer Orden. ¿Cuáles son las suposiciones necesarias para poder realizar esta integración?

El segundo examen parcial consta de los temas de las cuatro últimas unidades. Para poder tomarlo, es requisito indispensable llevar la parte correspondiente del cuestionario completamente resuelto.

 

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Dr. Marco A. Reyes Santos
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