Introdução à Química dos Materiais

Código:

Q3003

Sigla:

Q3003

Nível:

300

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Química

Ocorrência: 2019/2020 - 1S

Ativa?	Sim
Página Web:	https://moodle.up.pt/course/view.php?id=189¬ifyeditingon=1
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:B	0	Plano de Estudos Oficial	3	-	6	56	162
L:CC	0	Plano de estudos a partir de 2014	2	-	6	56	162
			3
L:F	0	Plano de Estudos Oficial	2	-	6	56	162
			3
L:G	5	Plano estudos a partir do ano letivo 2017/18	2	-	6	56	162
			3
L:M	0	Plano de Estudos Oficial	2	-	6	56	162
			3
L:Q	7	Plano estudos a partir do ano letivo 2016/17	3	-	6	56	162

Língua de trabalho

Português - Suitable for English-speaking students

Objetivos

A disciplina de Introdução à Química dos Materiais é uma unidade curricular destinada a alunos do primeiro ciclo dos cursos da Faculdade de Ciências da Universidade de Porto. Trata-se de uma disciplina de carácter introdutório e generalista que versa a estrutura interna das várias classes de materiais (a diferentes escalas, desde a escala atómico-molecular à macroscópica), as propriedades químicas, físicas e mecânicas diferenciadoras dos materiais, e, ainda, a sua função e aplicação prática.

Resultados de aprendizagem e competências

Pretende-se que no final da disciplina o alunos seja capaz de: (i) identificar as diferentes classes de materiais; (ii) descrever a sua estrutura interna, propriedades e função; (iii) descrever técnicas de preparação, processamento e caracterização de materiais; (iv) aplicar conhecimentos adquiridos para descrever de forma competente materiais de uso quotidiano, industrial e tecnológico.

Modo de trabalho

Presencial

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

Não

Programa

PARTE 1 – INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS (20% de esforço lectivo)

1.1 A ciência dos materiais Introdução à Ciência dos Materiais e relação Ciência/Engenharia dos Materiais. Papel da Química no âmbito dos materiais. Nota histórica sobre evolução dos materiais e análise da actualidade. Competição entre materiais.

1.2 Classes de materiais Classificação das diferentes classes de materiais—critérios. Caracterização genérica das seguintes classes: metais e ligas metálicas; cerâmicas; compósitos; polímeros; nanomateriais; materiais macios (cristais líquidos e materiais coloidais); biomateriais. Estrutura e propriedades básicas.

PARTE 2 – ESTRUTURA, PROPRIEDADE E FUNÇÃO (60% de esforço lectivo)

2.1 Estrutura e ligação química em materiais Noção de escala dimensional em materiais. Ligação química e estrutura de sólidos, liquídos e mesofases. Sólidos iónicos, metálicos, moleculares e reticulados (redes covalentes). Estado cristalino e amorfo.

2.2 Estado cristalino Estruturas cristalinas e sua classificação. Células unitárias. Poliformismo ou alotropia. Cristalização, defeitos cristalinos e difusão em sólidos.

2.3 Diagramas de fase Noção de fase e regra das fases de Gibbs. Regra da alavanca. Diagramas de fase de substâncias puras, sistemas binários e sistemas ternários. Exemplos da relevância aplicada de diagramas de fase.

2.4 Propriedades dos materiais. Propriedades químicas. Corrosão de materiais. Propriedades mecânicas. Propriedades físicas: térmicas, eléctricas, magnéticas e ópticas. Relação estrutura-propriedade-função para as diferentes classes de materias estudadas.

PARTE 3 – CARACTERIZAÇÃO, PROCESSAMENTO E APLICAÇÕES (20% de esforço lectivo)

3.1 Métodos de caracterização de materiais Técnicas correntes de caracterização estrutural e funcional de materiais: microscopia óptica e electrónica; difracção de luz, raios X e neutrões; espectroscopia; análise térmica; caracterização de superfícies.

3.2 Processamento Técnicas de processamento de materiais metálicos, cerâmicos, poliméricos e compósitos.

3.3 Aplicações Discussão avançada de aplicações práticas (quotidiano, tecnologia etc) de diferentes materiais com base nos conhecimentos adquiridos sobre estrutura/propriedade/função. Selecção de materiais para uma dada função.

FUNDAMENTAÇÃO E VISÃO GERAL DO PROGRAMA.

A Parte 1 visa fundamentalmente uma primeira abordagem ao âmbito e objectivos da ciência dos materiais e uma análise qualitativa e descritiva das diferentes classes de materiais.

A Parte 2 envolve já uma análise mais avançada e quantitativa da estrutura interna e propriedades dos materiais, com especial relevância para as suas características diferenciadoras, e a compreensão da relação estrutura/propriedade/função.

A Parte 3 proporciona uma discussão genérica das modernas técnicas de caracterização e processamento de materiais e, ainda, a aplicação dos conceitos estudados ao longo da disciplina na análise de materiais e dispositivos técnicos específicos.

Bibliografia Obrigatória

William F. Smith; Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais, McGrawHill Portugal (Lisboa), 1998. ISBN: 972-8298-68-4

Observações Bibliográficas

BIBLIOGRAFIA GERAL (RECOMENDADA) [1] Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais, William F. Smith, 3ª edição, 1998, McGrawHill Portugal (Lisboa). ISBN: 972-8298-68-4. [2] Materials Chemistry, Bradley D. Fahlam, 2007, Springer (Dordrecht). ISBN: 978-1-4020-6119-6. [3] The Science and Engineering of Materials, Donald R. Askeland, 3rd edition, 1998, Stanley Thornes (U.K.). ISBN: 978-0-748-74083-3. [4] Materials Science and Engineering: An Introduction, William D. Callister, 7th edition, 2006, John Wiley & Sons (New York). ISBN-10: 0-47173-696-1. BIBLIOGRAFIA ESPECIALIZADA [5] Nanochemistry – a chemical approach to materials, Geoffrei Ozin and André Arsenault, 2005, RSC Publishing (Cambridge, U.K.). ISBN: 0-85404-664-X. [6] Introduction to Soft Matter: Synthetic and Biological Self-Assembling Materials, Revised Edition, Ian Hamley, 2007, John Wiley & Sons (New York). ISBN: 978-0-470-51609-6. [7] Materiais 2000, M. Amaral Fortes e P.J. Ferreira (eds.), 2003, IST Press (Lisboa), ISBN: 972-8469-23-3. [8] Thermodynamics and Kinetics in Materials Science, Boris S. Bokstein, Mikhail I. Mendelev and David J. Srolovitz, 2005, Oxford University Press (USA). ISBN: 978-0-198-52804-3.

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

1 - Aulas teóricas. As aulas têm carácter expositivo de acordo com o programa supra-citado.
2 - Aulas teórico-práticas (a) Preparação e discussão de apresentações orais sobre diferentes classes de materiais (estrutura, propriedades, aplicações), por grupos constituídos por 2 alunos. Há 4 momentos de avaliação: 1ª apresentação (genérica) – 5 slides, 7 min; 2ª apresentação (intermédia) – 10 slides, 10 min; 3ª apresentação (intermédia) 15 min – 15 slides; 4ª apresentação (final) – 20 slides, 30 min. (b) Discussão, consolidação e aprofundamento das matérias teóricas, com resolução de problemas quantitativos (essencialmente da Parte 2 do programa). (c) Visitas de estudo (laboratórios de investigação, CEMUP).

Palavras Chave

Ciências Físicas > Física > Propriedades da matéria condensada
Ciências Tecnológicas > Engenharia > Engenharia de materiais
Ciências Físicas > Química > Química estrutural
Ciências Naturais

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Defesa pública de dissertação, de relatório de projeto ou estágio, ou de tese	10,00
Exame	50,00
Participação presencial	40,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Apresentação/discussão de um trabalho científico	1,00
Elaboração de projeto	10,00
Estudo autónomo	20,00
Frequência das aulas	20,00
Total:	51,00

Obtenção de frequência

Para admissão a exame, os alunos não poderão exceder um número de faltas nas aulas teórico-práticas igual a 1/4 do número de aulas previstas.

Fórmula de cálculo da classificação final

A avaliação na disciplina é efectuada com base na:
(i) avaliação contínua do desempenho do estudante nas aulas teórico-práticas (NTP);
(ii) monografia individual (NMon);

(iii) classificação de exame (NEx). Assim, a classificação final (NF) é obtida de acordo com a seguinte ponderação:

NF = 0.40 x NTP + 0.10 x NMon+  0.50 x NEx

A classificação das aulas teórico-práticas baseia-se na avaliação continua relativa às aulas TP. A nota de exame terá de ser maior ou igual a 10, NEx ≥ 10/20.

Observações

BIBLIOGRAFIA GERAL (RECOMENDADA) [1] Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais, William F. Smith, 3ª edição, 1998, McGrawHill Portugal (Lisboa). ISBN: 972-8298-68-4. [2] Materials Chemistry, Bradley D. Fahlam, 2007, Springer (Dordrecht). ISBN: 978-1-4020-6119-6. [3] The Science and Engineering of Materials, Donald R. Askeland, 3rd edition, 1998, Stanley Thornes (U.K.). ISBN: 978-0-748-74083-3. [4] Materials Science and Engineering: An Introduction, William D. Callister, 7th edition, 2006, John Wiley & Sons (New York). ISBN-10: 0-47173-696-1. BIBLIOGRAFIA ESPECIALIZADA [5] Nanochemistry – a chemical approach to materials, Geoffrei Ozin and André Arsenault, 2005, RSC Publishing (Cambridge, U.K.). ISBN: 0-85404-664-X. [6] Introduction to Soft Matter: Synthetic and Biological Self-Assembling Materials, Revised Edition, Ian Hamley, 2007, John Wiley & Sons (New York). ISBN: 978-0-470-51609-6. [7] Materiais 2000, M. Amaral Fortes e P.J. Ferreira (eds.), 2003, IST Press (Lisboa), ISBN: 972-8469-23-3. [8] Thermodynamics and Kinetics in Materials Science, Boris S. Bokstein, Mikhail I. Mendelev and David J. Srolovitz, 2005, Oxford University Press (USA). ISBN: 978-0-198-52804-3.