Química-Física III

Química-Física III
Docente: Prof. Isabel Marrucho (regente) e Prof. Ana Fernandes
Ano Lectivo: 2005/06
Curso(s): Licenciatura em Química
Escolaridade: 3h T - 0h TP - 0h P
Unidades de Crédito: 3.0
OBJECTIVOS
Proporcionar uma visão estruturante dos fenómenos físico-químicos, com ênfase na sua importância e relação com outras
áreas da Química e Tecnologia.
METODOLOGIA
A leccionação da disciplina é realizada em aulas teóricas para apresentação dos tópicos e aplicações. A
resolução de problemas relacionados com os conceitos expostos previamente, será feita sempre que for julgado
necessário.
AVALIAÇÃO
Avaliação será feita por exame final, nas condições gerais da U.A.
PROGRAMA
1 Mecânica Quântica
Breve revisão da Mecânica Clássica: trajectória de partículas, 2ªlei de Newton. “Falhanços” da
Mecânica Clássica e desenvolvimento da Mecânica Quântica: radiação emitida pelo corpo negro.
Efeito fotoeléctrico. Conceito de dualidade partícula-onda. Espectro atómico do hidrogénio e modelo
atómico de Bohr. A equação de Schrodinger: “dedução” e significado. Definição de operador. Funções
próprias e valores próprios. Movimento translacional unidimensional, partícula na caixa
unidimensional, partícula numa caixa tridimensional, oscilador harmónico, movimento rotacional a
duas e três dimensões: soluções da equação de Schrodinger, significados de função de onda,
normalização das funções de onda e quantização dos níveis de energia da partícula. Posição e momento
médio da partícula. Princípio de incerteza de Heisenberg. Aplicação do modelo partícula na caixa:
modelo do electrão livre e efeito de túnel. Postulados da Mecânica Quântica e propriedades dos
operadores. A equação de Schrödinger para o átomo de hidrogénio: significado da função de onda e
soluções da equação. Números quânticos. Experiência de Stern-Gerlach. Orbitais atómicas s, p, e d:
nodos radiais, angulares e forma das orbitais. Níveis de energia para o átomo de hidrogénio. Átomos
polielectrónicos: princípio de exclusão de Pauli e regra de Hund. Níveis de energia para os átomos
polielectrónicos: efeito de blindagem e efeito de penetração. A equação de Schrödinger para a molécula
de hidrogénio. Teoria das orbitais moleculares. Orbitais ligantes e anti-ligantes. Moléculas diatómicas
e preenchimento de orbitais moleculares. Ordem da ligação. Moléculas poliatómicas e geometria
molecular: casos da H2O, CH4 , BeH2 e SF6. Hibridação sp, sp2, sp3 e d2sp3: a função da onda de uma
orbital atómica híbrida como resultado da combinação de funções de onda de orbitais atómicas.
Discussão da ligação nas moléculas de etileno, butadieno e benzeno: orbitais moleculares localizadas e
deslocalizadas.
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Ano Lectivo: 2005/06
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Simetria Molecular
A simetria na Natureza e na Arte. Informação que se pode obter a partir do estudo sistemático da
simetria. Elementos de simetria e operações de simetria: identidade, rotação, reflexão, inversão e
rotação-reflexão. Grupos pontuais de simetria e suas propriedades. Classificação das moléculas em
Grupos de Simetria.
Tabelas de caracteres: construção da tabela de caracteres do grupo C2v . Conceito de representação
redutível e irredutível. Ordem do grupo e classes. Redução das representação redutíveis numa
combinação de representações irredutíveis. Símbolos de Mullinken.
Interpretação de Espectros Vibracionais com base na simetria molecular: regras de selecção.
Espectroscopia
Revisão de conceitos básicos: natureza da luz, onda electromagnética e espectro electromagnético.
Interacção da radiação electromagnética com a matéria: reflexão, refracção, difusão, absorção e
emissão. Ramos da Espectroscopia molecular: rotacional, vibracional, electrónica e ressonância
magnética. Espectroscopia rotacional de moléculas diatómicas: energia rotacional, número quântico
rotacional, regras de selecção usando os modelos do rotor rígido e não rígido. Espectroscopia
rotacional de moléculas poliatómicas: momentos de inércia e classificação das moléculas de acordo
com valores relativos de momentos de inércia. Espectro rotacional das moléculas pião simétrico.
Espectroscopia vibracional de moléculas diatómicas: energia vibracional, número quântico vibracional
e regras de selecção usando os modelos do oscilador harmónico e anarmónico. Espectroscopia
vibracional de moléculas poliatómicas: modos normais de vibração e sua actividade em Infravermlho.
Espectroscopia vibracional-rotacional de moléculas diatómicas: níveis de energia no modelo oscilador
harmónico-rotor rígido e regras de selecção. Ramos P e R. Difusão de Raman, polarizabilidade de
moléculas e regras de selecção. Espectroscopia electrónica de moléculas diatómicas: transição entre
estados electrónicos e progressão vibracional. Princípio de Frank-Condon. Relaxação de moléculas
electronicamente excitadas: fluorescência e fosforescência. Cinética dos processos de absorção e
emissão estimulada e emissão espontânea: laser de três níveis.
Termodinâmica Estatística
Distribuição de estados energéticos moleculares: população de um estado. Configurações: peso e
configurações dominantes. Distribuição de Boltzmann. Funções de partição moleculares: aproximações
e factorizações. Energia interna e entropia estatística. Conjuntos canónicos (N,VT). Função de partição
canónica Q(N,V,T). Cálculo de propriedades termodinâmicas(energia interna, entropia, energia de
Helmholtz, entalpia, energia de Gibbs, pressão) a partir da função de partição canónicas. Cálculo de
equações de estado a partir de funções de partição: equação dos gases perfeitos. Funções de partição
moleculares: translacional, rotacional, vibracional e electrónica: aplicações. Energias médias:
translacional, rotacional e vibracional. Aplicação a moléculas simples no estado gasoso. Constantes de
equilíbrio: relação entre K e função de partição.
BIBLIOGRAFIA
D. A. McQuarrie e J. D. Simon, Physical Chemistry: a molecular approach, University Science Books
P. W. Atkins, Physical Chemistry, Oxford University Press (6ª e 7ª Edições)
J. J. C. Teixeira Dias, Espectroscopia molecular, Fundação Calouste Gulbenkian
G. Davidson, Group Theory for Chemists, MacMillam
F. A. Cotton, Chemical Applications of GroupTheory, Wiley-Interscience
S. F. A. Kettle “Symmetry and Structure” John Wiley and Sons, 1986
C. N. Banwell, Fundamentals of Molecular spectroscopy
O Regente da Disciplina
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