Estrutura Atómica e Molecular

Código:

Q2012

Sigla:

Q2012

Nível:

200

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Química

Ocorrência: 2019/2020 - 2S

Ativa?	Sim
Página Web:	http://moodle.up.pt/course/view.php?id=2517
Unidade Responsável:	Departamento de Química e Bioquímica
Curso/CE Responsável:	Licenciatura em Química

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
L:Q	50	Plano estudos a partir do ano letivo 2016/17	2	-	6	56	162
			3

Língua de trabalho

Português - Suitable for English-speaking students

Objetivos

1. Competências específicas: 
   1. O estudante deve ter alguma compreensão da necessidade sentida pelos físicos do início do Séc. XX de ultrapassarem a Mecânica de Newton. 
   2. O estudante deve compreender os princípios básicos da Mecânica Quântica numa linguagem elementar. 
   3. O estudante deve saber interpretar e manipular as expressões quantitativas relativas ao efeito fotoeléctrico e à interpretação de Einstein. 
   4. O estudante deve saber escrever os operadores da energia cinética e potencial e construir a equação de Schrödinger para os sistemas susceptíveis de solução exacta. 
   5. O estudante deve conhecer bem o significado de amplitude de probabilidade, de densidade de probabilidade e o fenómeno da interferência quântica. 
   6. O estudante deve compreender bem o comportamento das soluções para o problema de uma partícula numa caixa unidimensional, interpretando a resposta da solução às alterações dos parâmetros massa da partícula e comprimento da caixa; deve interpretar correctamente o papel do número quântico. 
   7. O estudante deve saber escrever a equação de Schrödinger para um oscilador harmónico e interpretar as soluções desta equação e relacioná-las com os níveis de energia respectivos. 
   8. O estudante deve saber escrever a equação de Schrödinger para o átomo de hidrogénio e compreender o conjunto das suas soluções nas suas componentes radial e angular e respectivos valores da energia. 
   9. O estudante deve saber construir a equação de Schrödinger para o átomo de hélio e compreender, nas suas linhas mais gerais, a estrutura electrónica nos átomos polielectrónicos. 
   10. O estudante deve compreender as características gerais da estrutura electrónica dos átomos e a ligação desta ao espectro electrónico. 
   11. O estudante deve compreender de forma elementar os espectros vibracionais de moléculas.


2. Competência transversais: 
   1. Trabalho em grupo para a realização de trabalhos laboratoriais e elaboração dos respectivos relatórios. 
   2. Apresentação oral e preparação dos instrumento de apoio a essa apresentação.

Resultados de aprendizagem e competências

Formação fundamental na área da Mecânica Quântica. Capacidade de aplicar os conceitos adquiridos em situações práticas úteis na Química (por exemplo, previsão de espectros de infra-vermelho de moléculas).
Essencialmente, perceber a importância e utilidade da Mecânica Quântica no que respeita à previsão e explicação de fenómenos físico-químicos, e das aplicações tecnológicas que permitiu e continuará a permitir desenvolver.

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

Química I 
Física I e II
Matemática I e II
Métodos Estatísticos

Programa

1. Dificuldades da Física pré-quântica na descrição de certos fenómenos. 
   1.1. Introdução 
   1.2. Radiação do corpo-negro 
   1.3. Hipótese da quantificação da energia 
   1.4. Dualidade onda-partícula 


2. A linguagem da Mecânica Quântica (M.Q.). 
   2.1. Introdução - Operadores e outros tópicos matemáticos 
   2.2. Equação de Schrödinger; Hamiltoniano e Função de Estado 
   2.3. O Princípio de Incerteza de Heinsenberg 
   2.4. Interpretação de Born da Função de Estado 
   2.5. Características gerais de uma Função de Estado 
   2.6. Postulados da M.Q. 
   2.7. O modelo da “Partícula na Caixa” 


3. Átomo de Hidrogénio 
   3.1. Revisão das suas propriedades e estrutura electrónica. 
   3.2. Relacionamento dessas propriedades com as soluções encontradas pela M.Q. 
   3.3. Regras de selecção nas transições electrónicas 
   3.4. Spin electrónico 
   3.5. Acoplamento spin-orbital 
   3.6. Estrutura fina do espectro de emissão 
   3.7. Diagramas de Grotrian 


4. Átomos polielectrónicos 
   4.1. Aproximação orbital 
   4.2. Revisão das suas propriedades e estrutura electrónica (energias orbitais, energia electrónica total, configuração electrónica, energia de ionização, afinidade electrónica) 
   4.3. Impossibilidade de soluções analíticas da equação de Schrödinger 
   4.4. Soluções apresentadas pela M.Q. 
   4.5. Modelos para a resolução numérica equação de Schrödinger 
   4.6. Correlação electrónica 
   4.7. Transições electrónicas 
   4.8. Termos electrónicos 


5. Estrutura Molecular 
   5.1. Aproximação de Born-Oppenheimer 
   5.2. Curvas, superfícies e hipersuperfícies de energia potencial 
   5.3. Teoria das Orbitais Moleculares 
   5.4. Modelo de combinação linear de orbitais atómicas (LCAO) 
   5.5. Molécula de H2+ 
   5.6. Moléculas diatómicas homonucleares 
   5.7. Moléculas diatómicas heteronucleares
   5.8. Orbitais híbridas 


6. Espectroscopia 
   6.1. Interacção entre matéria e radiação electromagnética 
   6.2. Espectros vibracional e rotacional 
   6.3. Aplicações da espectroscopia em química e astrofísica. 

Bibliografia Obrigatória

Atkins Peter William, 1940-; Physical chemistry. ISBN: 0-19-850101-3
Peter Atkins, Julio De Paula; Physical Chemistry: Thermodynamics, Structure, and Change, 2014. ISBN: ISBN-10: 1429290196

Bibliografia Complementar

Peter W. Atkins, Ronald S. Friedman; Molecular Quantum Mechanics, 2010. ISBN: 9780199541423

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Apresentação teórica convencional das matérias ilustrando-se, sempre que possível, com aplicações práticas/tecnológicas. 
Resolução de exercícios com oportunidades para discutir as soluções. 
Trabalhos experimentais onde o estudante deve tomar nota dos resultados. 
Apresentação oral de um trabalho experimental.

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	60,00
Prova oral	15,00
Teste	25,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	106,00
Frequência das aulas	56,00
Total:	162,00

Obtenção de frequência

Para obtenção de frequência os alunos: 
1- não devem exceder 1/4 das aulas práticas previstas. 
2- devem realizar pelo menos 3 dos 5 trabalhos práticos. 

Fórmula de cálculo da classificação final

A nota final é uma média pesada de duas partes: 

Parte I- Avaliação contínua (40%), dada por: 
(i) Apresentação oral de um trabalho prático (15% ) 
(ii) Resolução de problemas nas aulas
(iii) Mini-testes (25%) 

Parte II – Exame final (60%) 

(Classificação mínima requerida no exame teórico: 7 valores)

Provas e trabalhos especiais

A avaliação contínua, que contabiliza 40% para a nota final, é atribuída com base nos seguintes elementos: 
(i) Apresentação oral de cinco minutos que resuma um dos trabalhos práticos realizados. (15%) 
(ii) Exposição oral da resolução de alíneas de problemas retirados das folhas de exercícios fornecidos no início do semestre.
(iii) Realização de 2 mini-testes de 50 minutos (25%)

(No presente ano letivo, todas estas atividades serão realizadas à distância) 

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Os trabalhadores estudantes podem optar por uma avaliação prática alternativa que consiste na realização de um trabalho prático a sortear de entre os realizados ao longo do semestre e elaboração do respectivo relatório.