Química Física

Código:

Q263

Sigla:

Q263

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Química

Ocorrência: 2014/2015 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Química e Bioquímica
Curso/CE Responsável:	Licenciatura em Geologia

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
L:AST	0	Plano de Estudos a partir de 2008	3	-	5	56	135
L:B	2	Plano de estudos a partir de 2008	3	-	5	56	135
L:F	0	Plano de estudos a partir de 2008	3	-	5	56	135
L:G	1	P.E - estudantes com 1ª matricula anterior a 09/10	3	-	5	56	135
		P.E - estudantes com 1ª matricula em 09/10	3	-	5	56	135
L:M	1	Plano de estudos a partir de 2009	3	-	5	56	135

Língua de trabalho

Português

Objetivos

O objetivo fundamental desta disciplina é a lecionação de alguns tópicos fundamentais da Química Física, em continuação dos ensinamentos que o aluno deverá ter adquirido na unidade curricular de Fundamentos de Química. O programa curricular adotado para um único semestre de Química Física obrigou à escolha de alguns tópicos fundamentais deste ramo da Química, mesmo que tratados numa extensão relativamente superficial, em detrimento de outros tópicos que, muito embora fundamentais, não há tempo para serem tratados. Assim, escolheram-se como tópicos a serem lecionados a Termodinâmica Química, dado o seu caráter fundamental e aplicabilidade na compreensão de outros tópicos, e a Cinética Química, pela sua importância na compreensão de mecanismos dos processos químicos.

 

Resultados de aprendizagem e competências

Formação fundamental na área da química-física. Conceitos básicos e capacidade de autoaprendizagem nas seguintes áreas:
- Propriedades dos gases em equilíbrio;  Leis da Termodinâmica; Transformações físicas de substâncias puras; Misturas Simples; Diagramas de fases; 
- Equílibrio Químico;
- Cinética química.

Modo de trabalho

Presencial

Programa

1. CONCEITOS FUNDAMENTAIS

Propósitos e alcance da Termodinâmica. Objetivos da termodinâmica química. Sistemas termodinâmicos: conceitos fundamentais. Gases ideais. Gases Reais. Noção de equação de estado. Equação de van der Waals. Ponto critico.

2. LEI ZERO E A PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂNICA. CONCEITOS

Lei zero da termodinâmica.  Conceito de temperatura. Equilíbrio térmicos. Escalas de temperatura. Pontos fixos. Trabalho, calor e energia. Primeira Lei da Termodinâmica. Energia interna. variações de energia interna. Trabalho de expansão. Definição de entalpia. Coeficientes térmicos nas variáveis temperatura, volume, composição. Capacidade calorífica a volume e composição constantes, calor de dilatação isotérmico a composição constante, calor de reação a temperatura e volume constantes. Coeficientes térmicos nas variáveis temperatura, pressão, composição. Relação geral entre as capacidades caloríficas a volume a pressão constantes. Capacidade calorífica de gases, sólidos e líquidos. Termoquímica Definição e objetivos. Reações a volume constante e reações a pressão constante. Entalpias de reação. Estados padrão. Entalpias de formação padrão. Determinação experimental de energias de reação. Aplicação da Primeira Lei a gases. Dependência das entalpias de processos com a temperatura.

3.  A ENTROPIA E A SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA

Definição estatística de entropia. Variação de entropia e criação de entropia. Conceito e definição de entropia. Enunciado da Segunda Lei da Termodinâmica. Formulação matemática da Lei; Transformações reversíveis e irreversíveis. Cálculo de variações de entropia em processos. Potenciais termodinâmicos – Condições de equilíbrio. Definição de Energia de Helmotzs. Definição de Energia de Gibbs. Afinidade química e potenciais termodinâmicos.  Potencial químico. Potenciais termodinâmicos como funções do potencial químico. Equação de Gibbs-Duhem. Equação de Gibbs-Helmholtz 

4. TRANSFORMAÇÕES FÍSICAS DE SUBSTÂNCIAS PURAS

Diagrama de fases. Definição de fase. Estabilidade fásica. Linhas de equilibrio.  Pontos criticos. Ponto triplos. Potencial químico e equilíbrio de fases. Diagramas de fase típicos (H2O, CO2, He). Estabilidade fásica e transições de fase. Critério de equilibrio termodinâmico. Dependência da Temperatura. Dependência da pressão.  Equação de Clapeyron. Equlibrio Sólido-líquido. Equlibrio Sólido-vapor. Equlibrio líquido-vapor.

5. DESCRIÇÃO TERMODINÂMICA DE MISTURAS DE SUBSTÂNCIAS

Quantidades parciais molares. Termodinâmica de mistura. Potencial químico de líquidos. Propriedades de soluções. Misturas de liquidos. Energia de Gibbs de misturas de gases perfeitos e soluções ideais. Soluções regulares. Propriedades coligativas. Atividade do Solvente. Atividades dos Solutos.   Atividade de iões em solução. Coeficiente de atividade médio.

6. DIAGRAMAS DE FASES

Definições de fase, componente e graus de liberdade. Regras das fases. Sistemas de um componente. Sistemas de dois componentes.  Curvas de arrefecimento em sistemas multifásicos. Regra da alavanca. Diagramas pressão composição,P-x. Diagramas temperatura composição, T-x. Interpretação de diagramas de fases. Efeito da Pressão. Efeito da temperatura. Interpretação de curvas de destilação. Azeotropos. Liquidos imisciveis. Diagramas líquido-líquido. Separação de fases. Temperaturas criticas de solução, inferiores e superiores. Diagramas de fases temperatura composição envolvendo zonas de imiscibilidade e equilibrio liquido-vapor. Diaramas de fase Sólido-líquido. Eutéticos.

7. EQUILIBRIO QUÍMCO

Diagramas de energia de Gibbs em função da coordenada reaccional. Noção de equílibrio. Cálculo de variações de energia de Gibbs de reação. Variação padrão de energia de Gibbs padrão e relação com a constante de equilíbrio. Interpretação molecular so equílibrio químico. Dependência do equílibrio químico com a pressão e a temperatura. Equação de van't Hoff.  Cálculo de entalpias de reação com base na dependência das constantes de equilíbrio com a temperatura. 

 8. CINÉTICA QUÍMICA

Âmbito da Cinética Química: Objetivos dos estudos cinéticos e técnicas experimentais usadas em estudos cinéticos. Conceitos básicos. velocidade específica. Estado estacionário. Leis cinéticas. Lei cinética de ordem zero, primeira ordem, segunda ordem, segunda ordem mista. Análise de dados para a determinação da lei de velocidade Mecanismos de reacções químicas. Energia de ativação. Efeito da temperatura na velocidade de uma reação. Equação de Arrhenius. Catálise química nocões gerais.

Bibliografia Obrigatória

Atkins P. W.; Physical chemistry. ISBN: 0-19-855284-X

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Nas aulas teóricas são apresentados os conteúdos programáticos da unidade curricular, estimulando-se a participação ativa dos estudantes. Serão usados recursos educativos digitais, sempre que adequado para uma melhor compreensão dos temas estudados.  Nas aulas teórico-práticas, os estudantes resolverão de problemas práticos com aplicação de fundamentos teóricos.

 

Tipo de avaliação

Avaliação por exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	100,00
Total:	100,00

Obtenção de frequência

A frequência das aulas teórico-práticas é obrigatória. Perde a frequência quem faltar a mais do que 1/4 das aulas TP previstas.

 

Fórmula de cálculo da classificação final

A) Avaliação Contínua:

 i) Realização de 2 testes (T1, T2) ao longo do semestre, no horário das aulas, que dão direito a dispensa de exame final, desde que a média seja positiva.

ii) Avaliação da participação dos estudante nas aulas teóricas e teórico-práticas (presenças e intervenção no decorrer das aulas, PIA)

Classificação da avaliação contínua: 0,45 T1 + 0,45 T2 + 0,10 PIA

ou

B) Exame final. Notas finais superiores a 18 valores poderão exigir uma prova oral complementar.