Química-Física
Código
10696
Unidade Orgânica
Faculdade de Ciências e Tecnologia
Departamento
Departamento de Química
Créditos
6.0
Professor responsável
João Carlos dos Santos Silva e Pereira de Lima, Maria Madalena Alves de C.S.D. Andrade
Horas semanais
5
Total de horas
63
Língua de ensino
Português
Objectivos
Pretende-se que os alunos ganhem competências em espectroscopias ópticas, em particular
1- capacidade de prever os estados electrónicos presentes em átomos e moléculas. Utilizar modelos quanticos simples como o do electrão numa caixa e o método de Huckel para prever a energia dos estados electrónicos.
2- identificar as transições permitidas e proibidas entre estados electrónicos e o acoplamento entre transições electrónicas e vibracionais. Perceber a forma dos espectros das moléculas com base na sobreposição dos factores de Franck-Condon dos estados envolvidos na transição.
3- perceber as regras de selecção e sua relação com os aspectos fundamentais da interacção dipolar entra a radiação electromagnética e os momentos dipolares de transição das moléculas, e a simetria dos estados envolvidos.
4- utilizar o modelo do oscilador harmónico para prever a frequência de vibração e racionalizar as frequências associadas a grupos funcionais em espectroscopia de infravermelho. Perceber os mecanismos interacção radiação-matéria que estão na origem da espectroscopia de absorção de infra-vermelho e na espectroscopia de Raman.
5- Dominar os aspectos práticos das espectroscopias, e os aspectos quantitativos relacionados com a transição electrónica. Cálculo do coeficiente de extinção molar e rendimento quantico de fluorescência.
Pré-requisitos
É conveniente o aluno ter conhecimentos básicos de Introdução à Química Fìsica
Conteúdo
I. A radiação electromagnética (generalidades)
Radiação electromagnética. Dipolo oscilante como gerador de radiação. Interacção radiação-matéria: refracção e dispersão de Rayleigh. Absorção e emissão de luz. Absorção de radiação para o átomo de hidrogénio. Condição de ressonância de Bohr. A espectroscopia e as regiões do espectro electromagnético; tipo de transições associadas. Unidades e conversões em espectroscopia.
II. Introdução à Química Quântica
Comportamento ondulatório e corpuscular da luz: interferência e efeito fotoeléctrico. Efeito de interferência para os electrões. Princípio de Incerteza de Heisenberg. Orbitais atómicas. Função de onda. Equação geral das ondas da mecânica clássica. Equação de Schrödinger a uma dimensão.
III. Teoria de orbitais moleculares
Revisão de diagrama de orbitais moleculares (OMs) para moléculas diatómicas homonucleares. Moléculas diatómicas heteronucleares. Análise de número de nodos. Classificaçao das OMs quanto a simetria e paridade. Diagrama de orbitais moleculares para moléculas heteroatómicas. Diagrama de orbitais moleculares para polienos conjugados. Distinção entre diferentes transições: σ-σ*, π-π*, n-π*, n-σ*; Transições π-π* e n-π*. Influência da polaridade do solvente. Desvios hipso e batocrómicos.
Construção de diagramas OM para complexos do tipo ML6: transições d-d. Estados electrónicos e termos espectroscópicos. Espectroscopia de metais de transição.
IV. Equipamento em espectroscopia
Fontes de radiação. Emissão do corpo negro. Leis de Rayleigh-Jeans e de Planck. A distribuição de Boltzmann. Prisma de difracção. Equação de dispersão para o índice de refracção.
V. Aspectos quantitativos dos espectros de absorção molecular UV-Vis
Transmitância, Absorvância Lei de Lambert; Dedução da Lei de Beer; absortividade molar. Limitações e desvios da análise quantitativa.
Factores que influenciam a intensidade de absorção. Regras de selecção. Transições permitidas e transições proibidas. Momento dipolar de transição. Força do Oscilador.
Exemplos de espectros UV-Vis de proteínas: diferentes regiões do espectro e respectivos grupos cromóforos. Relação com espectros recolhidos nas aulas práticas.
VI. Espectros com resolução vibracional
O oscilador harmónico. Curvas de Morse. Princípio de Franck-Condon. Diagramas de Jablonski. Multiplicidade. Fluorescência e Fosforescência. Novas regras de selecção.
VII. Espectroscopia Vibracional
Infra-vermelho:Modelo de oscilador harmónico vs sistema anarmónico real. Definição de frequência de vibração; constante de força, k e massa reduzida e respectiva influencia na forma da curva de energia potencial. Região do IV onde surgem as bandas de grupos funcionais característicos. Espectroscopia de IV com Transformada de Fourier
Raman: Dispersão elástica e inelástica. Desvio de Stokes e anti-Stokes.
Bibliografia
Physical Chemistry , J.De Paula, P.W. Atkins, W. H. Freeman; 7th edition (December 7, 2001)
Método de ensino
Aulas teóricas (2 horas semanais) com apresentação dos conceitos base e fundamentos teóricos. Aulas teórico-práticas (2 horas por semana) com aplicação dos conceitos leccionadas nas aulas teóricas. Aulas laboratoriais com aquisição e análise de espectros de moléculas simples.
Método de avaliação
A avaliação da UC tem 2 componentes: i) avaliação dos conhecimentos teóricos e sua aplicação e ii) avaliação das aulas laboratoriais.
Serão realizados 2 testes individuais (35% da nota final), que terão de ter média igual ou superior a 9,5 valores para que o aluno possa aprovar.
Nas aulas Teórica Práticas serão realizados mintestes presenciais no MOODLE (resolução em grupo. preenchimento individual) que contarão para a nota final com 30 % (não têm nota minima). Os minitestes não realizados contarão com nota zero para a média dos minitestes.
A nota da componente laboratorial inclui a discussão dos relatórios e contará em 35% para a nota final.