Objetivos de la asignatura:

- Explorar la termodinámica y cinética detrás de la eliminación del carbono, oxígeno, azufre, hidrógeno, nitrógeno y fósforo del acero para la producción de aceros adaptados a las demandas del consumidor o a aplicaciones específicas.
- Conocer los fundamentos de la Termodinámica Química y entender las condiciones de equilibrio y espontaneidad de un sistema químico.
- Entender la aplicación de la termodinámica a gases, mezclas de gases, sustancias puras en fase condensada y disoluciones, así como al equilibrio químico y las transiciones de fase.
- Conocer los fundamentos de la Cinética y su aplicación tanto a reacciones simples como complejas, y comprender la variación de la velocidad de una reacción química con la temperatura en términos de las teorías microscópicas más elementales.

 

Clase 1. Introducción

- El aporte de la termodinámica y la cinética a aplicaciones siderúrgicas: ejemplos de aplicación en siderurgia: utilidad de diagramas de equilibrio, reacciones metal escoria, nucleación de una nueva fase durante una transformación de fase, efecto de la energía superficial.
- Definición de energía interna, trabajo calor, entropía, entalpia. Enunciado los principios de la termodinámica

Clase 2. Criterios de espontaneidad y equilibrio

- Aplicación del primer y segundo principio para definir las condiciones de espontaneidad y equilibrio.
- Definición de energía libre, condición de equilibrio para sistemas cerrados a T P contantes.
- Aplicación a sistema de un componente: se presentará como un ejemplo, remarcando que es una introducción al equilibrio de fases a sistemas multicomponentes.

Clase 3. Sistemas multicomponentes

- Termodinámica de los sistemas multi-componentes.
- Soluciones, su importancia en la metalurgia. Soluciones intersticiales y sustitucionales. Unidades usadas para expresar la concentración de soluciones.
- Concepto de propiedades parciales molares. Potencial químico.
- Concepto de actividad y estados tipo usados en aplicaciones siderúrgicas.

Clase 4. Equilibrio de fases en sistemas multi-componentes

- Condición de equilibrio para sistemas multicompomentes.
- Concepto de grados de libertad.
- Regla de las fases de Gibbs.

Clase 5. Diagramas de equilibrio binarios

- Información que brindan dichos diagramas, cómo leerlos.
- Regla de la palanca.
- Ejemplos de puntos de transformación importantes de un diagrama (eutéctico, peritéctico, eutectoide.
- Diagrama Fe-C. Diagramas binarios de compuestos intermetálicos de interés en líneas de revestidos: Fe-Zn; Fe-Al; Zn-Al; Fe-Sn;Zn-Mg.

Clase 6. Diagramas de equilibrios ternarios y pseudoternarios

Información que brindan dichos diagramas, cómo leerlos. Diagramas pseudoternarios. Propiedades y limitaciones. Ejemplos de interés siderúrgico: escorias y refractarios

Clase 7. Soluciones iónicas

- Soluciones iónicas, efecto de las cargas en la estabilidad del sistema.
- Escoria como solución iónica.
- Actividad y coeficiente de actividad en un ión en solución.
- Herramientas para el cálculo de la actividad de un ion en una solución iónica (con modelos y diagramas).
- Concepto de basicidad.
- Capacidades de sulfuro y de fosfato

Clase 8. Equilibrio químico

- Reacciones químicas: constante de equilibrio.
- Expresión en función de las actividades.
- Variables de afectan la constante de equilibrio: efecto de la temperatura.
- Cálculo de la constante de equilibrio.
- Ejemplos de reacciones en acería (desoxidación; desulfuración).

Clase 9. Cinética

- Qué estudia la cinética y cómo se aplica en las reacciones de interés siderúrgico.
- Reacciones homogéneas y heterogéneas.
- Etapas de control de la cinética de reacciones de interés siderúrgico.
- Expresión de la cinética de una reacción química. Reacciones globales y mecanismos de reacción. Orden de reacción.
- Efecto de la temperatura sobre la cinética de una reacción química. Ejemplo de aplicación.

Clase 10. Fenómenos de superficie y Cinética Electroquímica

Fenómenos de superficie:
- Concepto de tensión superficial su importancia en procesos de la industria siderúrgica
- Mojado de superficies. Angulo de contacto. Efecto de tesioactivo
- Efecto de la tensión superficial en el tamaño de burbuja. Su importancia en la cinética de reacciones químicas heterogéneas en siderurgia
- Nucleación de una nueva fase durante un cambio de estado.

Cinética electroquímica:
- Procesos de interés en que se intercambia energía como trabajo eléctrico.
- Celdas Electrolíticas y pilas.
- Potenciales estándar. Determinación y significado.
- Cinética de los procesos electroquímicos.
- La corrosión, un proceso electroquímico de interés.
- Ánodo y cátodo en un proceso corrosivo.
- Velocidad de corrosión.
- Curvas de polarización. Potencial de corrosión.