Química Física Aplicada

Código:

Q4012

Sigla:

Q4012

Nível:

400

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Química

Ocorrência: 2020/2021 - 1S

Ativa?	Sim
Página Web:	https://moodle.up.pt/course/view.php?id=785
Unidade Responsável:	Departamento de Química e Bioquímica
Curso/CE Responsável:	Mestrado em Química

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
M:CTN	0	Plano Oficial a partir de 2020_M:CTN	2	-	6	56	162
M:Q	24	Plano estudos oficial até 2022/2023	1	-	6	56	162

Língua de trabalho

Português - Suitable for English-speaking students

Objetivos

Química-Física Aplicada é uma disciplina de carácter de especialização intermédio que versa o desenvolvimento e reconhecimento de competências especializadas na área da Química-Física dando especial ênfase ao reconhecimento e aplicação de conceitos.

Privilegia-se uma abordagem que obrigue e leve o estudante a desenvolver metodologias de autoaprendizagem e competências de análise de problemas e desenvolvimento de projetos em diferentes escalas, desde a escala atómico-molecular à macroscópica, às propriedades químicas, físicas e problemas de engenharia e sua aplicação prática.

Resultados de aprendizagem e competências

Com os tópicos abordados nas aulas teóricas pretende-se dar aos estudantes uma visão alargada de variadas aplicações dos conceitos de Química-Física. Pretende-se ainda estimular os estudantes no sentido de contribuírem com outras aplicações que considerem relevantes - para o efeito será disponibilizado um fórum na página da UC no MoodleUP.

Com a metodologia seguida nas aulas práticas pretende-se que os estudantes sejam capazes, através de trabalho autónomo, de estruturar um projeto em que haja uma aplicação prática de conceitos da Química-Física.

Deste modo, cumprem-se os principais objetivos da UC: reconhecimento e aplicação de conceitos da Química-Física e desenvolvimento por parte dos estudantes de metodologias de autoaprendizagem e competências de criação e gestão de projetos experimentais nesta área.

Modo de trabalho

Presencial

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

Recomenda-se que os estudantes tenham previamente frequentado com aprovação as unidades curriculares Química Física (Q223) e Química Física Complementar (Q325) da Licenciatura em Química. Recomenda-se ainda que os estudantes tenham uma formação sólida em Matemática.

Programa

TÓPICO 1 – GASES REAIS
1.1 Interações Moleculares
1.2 Fator de Compressibilidade
1.3 Equação de Estado para um Gás Real. Equação de van der Waals
1.4 Condensação
1.5 Constantes Críticas
1.6 Princípio dos Estados Correspondentes
1.7. Outras Equações de Estado
1.7.1 Equações de Clausius, Berthelot e Dieterici
1.7.2 Equação de Redlich-Kwong
1.7.3 Equação de Virial
1.8 Fugacidade
1.9 Mistura de Gases
1.9.1 Regras de Mistura. Aplicação às Equações de van der Waals e de Virial.
1.9.2 Regra de Lewis-Randall.
1.9.3 Regras de Kay
1.10 Fugacidade de um Líquido (ou Sólido) Puro

TÓPICO 2 – SOLUÇÕES REAIS
2.1 Propriedades Termodinâmicas de uma Solução Ideal. Lei de Raoult. Lei de Henry.
2.2 Atividade e Coeficiente de Atividade. Estados de Referência para Componentes de uma Solução Real. Convenções I e II
2.3 Funções de Excesso
2.3.1 Modelos de Energia de Gibbs de Excesso para Misturas Binárias
2.4 Coeficientes de Atividade a Diluição Infinita
2.5 Modelos de Energia de Gibbs de Excesso para Misturas Multicomponentes.
2.6 Equação de Gibbs – Duhem Aplicada aos Coeficientes de Atividade
2.7 Cálculo do Equilíbrio de Fases
2.8 Equilíbrio Líquido-Líquido e Imiscibilidade na Fase Líquida.
2.9 Lei de Nernst. Razão de partição.
2.10 Teorias de Soluções. Teoria das Soluções Regulares

TÓPICO 3 – TERMODINÂMICA DE OUTRAS VARIÁVEIS
3.1 Estudo Termodinâmico do Alongamento de um Elástico de Borracha.
3.2 Efeito de Campos Gravitacionais
3.2.1 Efeito da Altura na Pressão Atmosférica
3.2.2 Efeito da Gravidade na Composição
3.3 Efeito de Campos Centrífugos. Ultracentrifugação.

TÓPICO 4 – PROCESSOS EM FLUXO
4.1 Sistemas Abertos. Noção de “Volume de Controlo”
4.1.1 Cálculo do Trabalho e da Energia de Fluxo
4.1.2 Dedução da 1ª Lei da Termodinâmica para Processos em Fluxo.
4.2 Equações de Balanço de Massa e de Energia
4.3 Processos em Fluxo e Estado Estacionário
4.4 Balanços de Energia em Peças de Equipamento
4.5 Processos em Fluxo e Regime Transiente
4.6 Balanços de Entropia
4.7 Produção de Energia
4.7.1 Aplicação do Ciclo de Carnot
4.7.2 Aplicação do Ciclo de Rankine
4.8 Refrigeração e Bombas de Calor
4.9 Trabalho Máximo/Mínimo em Peças de Equipamento
4.10 Trabalho em Processos em Fluxo e Estado Estacionário
4.10.1 Compressão Isotérmica
4.10.2 Compressão Adiabática
4.10.3 Processos Politrópicos
4.11 Eficiência em Peças de Equipamento
4.12 Ciclos Reais de Produção de Energia. Comparação com o Ciclo de Rankine.
4.13 Ciclos de Rankine Modificados

Bibliografia Obrigatória

Azevedo Edmundo J. S. Gomes de; Termodinâmica aplicada. ISBN: 978-972-592-315-3

Bibliografia Complementar

J. Bevan Ott, Juliana Boerio-Goates; Chemical Thermodynamics – Advanced Applications, Academic Press, 2000. ISBN: 0-12-530985-6
Çengel Yunus A.; Thermodynamics. ISBN: 9789814595292
Atkins Peter; Atkins. physical chemistry. ISBN: 0-19-870072-5
Levine Ira N.; Physical chemistry. ISBN: 0-07-113472-7

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Aulas teóricas e aulas práticas.

As aulas teóricas serão essencialmente de natureza expositiva. As aulas serão conduzidas de modo a fomentar a participação dos estudantes, quer através da pesquisa e discussão de informação complementar quer através da apresentação e discussão de exemplos práticos de aplicação dos tópicos em discussão

As aulas práticas consistem em desenvolvimento de projetos e resolução de problemas. Os estudantes são divididos em grupos de dois ou três, tendo cada grupo de propor e apresentar um projeto experimental (5 aulas previstas). Nas restantes aulas serão discutidas aplicações da matéria lecionada nas aulas teóricas, com resolução de problemas.

Palavras Chave

Ciências Físicas > Química > Química física

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	70,00
Trabalho prático ou de projeto	30,00
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 admissão a exame, os alunos não poderão exceder um número de faltas nas aulas práticas igual a 1/4 do número de aulas previstas

Fórmula de cálculo da classificação final

A classificação final é atribuída considerando a nota de um exame final escrito (70%) sobre a matéria das aulas teóricas e a nota do trabalho realizado no desenvolvimento do projeto (30%). Para obter aprovação, cada uma desta notas terá de ser igual ou superior a 8 valores, não podendo a classificação final ser inferior a 10 valores.

Durante o semestre serão realizados dois testes, facultativos, que permitirão a dispensa de exame final desde que a média das notas dos testes seja igual ou superior a 10 valores. Para poderem realizar o segundo teste os estudantes terão de ter uma nota superior ou igual a 8 valores no primeiro.

Provas e trabalhos especiais

Não estão previstos.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Todos os casos ambíguos ou omissos serão resolvidos com o recurso a uma prova oral complementar

Melhoria de classificação

Não é possível realizar a melhoria da classificação obtida nas aulas práticas pelo que a melhoria da classificação só pode ser obtida através da realização de um exame escrito nos mesmos moldes do exame final.