Química-Física
Código
10696
Unidade Orgânica
Faculdade de Ciências e Tecnologia
Departamento
Departamento de Química
Créditos
6.0
Professor responsável
Maria Madalena Alves de C.S.D. Andrade
Horas semanais
3
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.
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
Radiação electromagnética. Dipolo oscilante como gerador de radiação. Interacção radiação-matéria: reflexão, refracção e dispersão de Rayleigh. Equação de dispersão para o índice de refracção. A espectroscopia e as regiões do espectro electromagnético; tipo de transições associadas. Unidades e conversões em espectroscopia.
II. Introdução à Química Quântica
Emissão do corpo negro. Equação de Planck. Distribuição de Boltzmann. Leis de Rayleigh-Jeans e de Planck. Comportamento ondulatório e corpuscular da luz: interferência e efeito fotoeléctrico. Modelos atómicos: Dalton, Thomson, Rutherford, Bohr. Absorção de radiação para o átomo de hidrogénio. Condição de ressonância de Bohr. Efeito de interferência para os electrões. Princípio de Incerteza de Heisenberg. Equação de Schrödinger a uma dimensão. Modelo da partícula numa caixa. Equação de Schrödinger a duas e três dimensões. Números quânticos.
III. Espectroscopia atómica
Estados electrónicos em átomos e termos espectroscópicos. Tabelas de microestados. Regras de selecção para transições electrónicas em átomos.
IV. Espectroscopia molecular
Classificaçao das OMs quanto a simetria e paridade. Estados electrónicos em moléculas e termos espectroscópicos. Regras de selecção. Momento dipolar de transição. Diagrama de orbitais moleculares para polienos conjugados: o benzeno. Operações , grupos de simetria e a tabela de caracteres; exemplos para grupos C2v (agua, ozono), D6H (bezeno). Utilização das tabelas de caracteres para obter representação irredutível para as orbitais π do benzeno e para avaliar se transição é permitida ou proibida.
V. Aspectos práticos e quantitativos dos espectros de absorção molecular UV-Vis
Aspectos práticos da espectroscopia molecular: transições: σ-σ*, π-π*, n-π*, n-σ*; influência da polaridade do solvente; desvios hipo- e híper- crómico e hipso- e bato- crómico. Transmitância, Absorvância Lei de Lambert; Dedução da Lei de Beer; absortividade molar. Força do Oscilador. Limitações e desvios da análise quantitativa.
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.
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 (3 horas por semana intercaladas com aulas práticas) 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 3 componentes: 1) avaliação dos conhecimentos teóricos , 2) sua aplicação e 3) avaliação das aulas laboratoriais.
Componente 1 - Serão realizados 2 testes individuais (50 % da nota final), cuja média terá de igual ou superior a 9,5 valores para que o aluno possa ter aproveitamento. Caso este requisito não seja cumprido é obrigatória a ida a exame. Alunos com classificação no exame compreendida entre 8.75 e 9.4 serão sujeitos a exame oral.
Componente 2 - Nas aulas Teórica Práticas serão realizados mini-testes presenciais no MOODLE (resolução em grupo e preenchimento individual) que contarão 20% para a nota final (não têm nota mínima). Os mini-testes não realizados contarão com nota zero para a média dos mini-testes.
Componente 3 - Consiste na realização de 3 trabalhos laboratoriais e relatórios. É obrigatória a realização de todos os trabalhos práticos e dos respectivos relatórios.A nota da componente laboratorial conta 30% para a nota final.
Assim a nota global da UC é calculada 0.5 x(componente 1) + 0.2 x (componente 2) + 0.3 x + (componente 3)