Estrutura Atómica e Molecular

Código:

Q222

Sigla:

Q222

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Química

Ocorrência: 2011/2012 - 2S

Ativa?	Sim
Página Web:	http://moodle.up.pt/course/view.php?id=1565
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	92	Plano de estudos Oficial	1	-	5	-

Língua de trabalho

Português

Objetivos

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.

B. 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.

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. Espectro vibracional
6.3. Aplicações da espectroscopia em química e astrofísica.

Bibliografia Obrigatória

P. Atkins; Physical Chemistry, Oxford University Press, 2003

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

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Peso (%)	Data Conclusão
Participação presencial (estimativa)	Participação presencial	68,00
	Total:	-	0,00

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.

Trabalhos práticos:

I Efeito fotoeléctrico (montagem laboratorial)
II Partícula na caixa (programa de computador)
III Espectro atómico monoelectrónico - H (montagem laboratorial)
IV Estrutura fina do espectro de emissão do Na (montagem laboratorial)
V Estrutura electrónica da molécula de hidrogénio
VI Estudo quântico de vibrações moleculares em espécies químicas (programa de computador)

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 (10%)
(iii) Mini-testes (15%)

Parte II – Exame final (60%)

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. (10%)
(iii) Realização de 2 mini-testes de 50min.(15%)

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.