Química Física

Código:

Q2009

Sigla:

Q2009

Nível:

100

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Química

Ocorrência: 2023/2024 - 2S

Ativa?	Sim
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	2	Plano de Estudos Oficial	3	-	6	54	162
L:CC	3	Plano estudos a partir do ano letivo 2021/22	2	-	6	54	162
			3
L:F	5	Plano de Estudos Oficial	2	-	6	54	162
			3
L:G	0	Plano estudos a partir do ano letivo 2017/18	2	-	6	54	162
			3
L:M	1	Plano de Estudos Oficial	2	-	6	54	162
			3
L:Q	43	Plano estudos a partir do ano letivo 2016/17	2	-	6	54	162

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 nas unidades curriculares Química I e Química II, no ano letivo transato.

O programa curricular adotado para a Licenciatura em Química contém um semestre obrigatório de Química Física, onde são lecionados alguns tópicos fundamentais e estruturantes deste ramo da Química. Tópicos  serão organizados de acordo com a divisão classica de química física

1. Equilibrio
2. Estrutura
3. Mudança

Serão lecionados tópicos na área do equílibrio tais como a termodinâmica Química, equílibrio em processos físicos e químicos; equações de estado e noção de potencial termodinâmico.

Considerações fundamentais sobre a estrutura da matéria e interações atómicas e moleculares. Estados de equilíbrio, noções fundamentais de estados fora do equílibrio termodinâmico, superficies e interfaces.

Na temática da mudança/ alteração do sistema serão abordadas algumas propriedades de transporte  e 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;
- Equilíbrio Químico;
- Interações atómicas e moleculares
- propriedades de transporte;
- termodinâmica estatistica;
- Materias e estrutura da matéria
- Cinética química.
- Processos de superficie e interfaces

Modo de trabalho

Presencial

Programa

1. INTRODUÇÃO

Propósitos e alcance da Termodinâmica. Objetivos da termodinâmica química. Sistemas termodinâmicos: conceitos fundamentais. O sistema e suas propriedades. Revisão de conceitos de sistema, vizinhança, estado de um sistema, processo, funções e variáveis de estado, propriedades intensivas e extensivas, tipos de paredes do sistema. Trocas entre o sistema e a vizinhança. Noção de fase; sistemas homogéneos e heterogéneos. Conceito de propriedade parcial molar de uma substância num sistema homogéneo com vários componentes. Volume parcial molar. Reações químicas num sistema fechado. Descrição quantitativa de um sistema em reação. Estabelecimento de uma variável de estado que fixe a composição em sistemas químicos: definição de grau de avanço (x). Velocidade de reação em função do grau de avanço.

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

Conceito empírico de estado térmico. Consideração de um sistema isolado, formado por dois corpos separados entre si por uma parede adiabática e, de um terceiro, por uma parede diatérmica. Enunciado da Lei Zero da Termodinâmica. Introdução do conceito de temperatura a partir das funções de pressão e volume de um sistema constituído por um fluido, encerrado num cilindro com um êmbolo. Definição do estado de equilíbrio térmico entre sistemas. Escalas de temperatura. Pontos fixos Estabelecimento de escalas de temperatura. A escala de gás ideal. Temperatura termodinâmica. Definição de kelvin.

A escala Celsius. A escala Fahrenheit. Escalas absolutas: escala Termodinâmica e escala Rankine. Calibração de escalas: Pontos fixos primários e secundários. Escala Prática Internacional de Temperatura. 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 reacção a temperatura e volume constantes. Coeficientes térmicos nas variáveis temperatura, pressão, composição. Relação geral entre as capacidade 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 Helmholtz. 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. APLICAÇÕES DA SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA

Diagrama de fases. Definição de fase. Estabilidade fásica. Linhas de equilibrio.  Pontos críticos. Ponto triplos. Potencial químico e equilíbrio de fases. Diagramas de fase típicos (H₂O, CO₂, He). Estabilidade fásica e transições de fase. Critério de equilíbrio termodinâmico. Dependência da Temperatura. Dependência da pressão. Equação de Clapeyron. Equilíbrio Sólido-líquido. Equilíbrio Sólido-vapor. Equlíbrio líquido-vapor. Classificação do tipo de transições de fase, primeira e segunda ordem.

5. EQUILIBRIO QUÍMICO

Diagramas de energia de Gibbs em função da coordenada reacional. 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 do equilíbrio químico. Dependência do equilíbrio 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.

6. A TERCEIRA LEI DA TERMODINÂMICA E A ENTROPIA ABSOLUTA

Enunciado da Terceira Lei; Cálculo de variações de entropia. Cálculo de entropias absolutas

7. 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 reações químicas. Energia de ativação. Efeito da temperatura na velocidade de uma reação. Equação de Arrhenius. Catálise química noções gerais.

8. QUÍMICA FÍSICA DAS SUPERFÍCIES

Tensão superficial. Ascensão e depressão capilar: considerações gerais.  Dependência da tensão superficial com a temperatura. Termodinâmica de adsorção: alguns fundamentos. Adsorção em superfícies sólidas. Adsorção física e química: mecanismos, características e propriedades. Isotérmicas de adsorção de Gibbs e de Langmauir.

Bibliografia Obrigatória

Atkins Peter; Atkins. physical chemistry. ISBN: 0-19-870072-5
I. N. Levine; Physical Chemistry, McGraw Hill, , 2002

Bibliografia Complementar

Ira N. Levine; Physical Chemistry,, 6th ed, McGraw-Hill Companies, Inc., , 2009 (Tradução para português: Ira N. Levine, Físico-Química, 6ª ed., Vol.1, LTC, Rio de Janeiro (Brasil), 2012 )

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

As aulas teóricas são obrigatórias e serão 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 serão desafiados a discutir as tematícas abaordadas nas aulas teóricas recorrendo à resolução de problemas práticos e à apresentação pelos estudantes de temáticas relacionadas com conceitos fundamentas da química física.

Palavras Chave

Ciências Físicas > Química > Química física

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	65,00
Teste	15,00
Trabalho prático ou de projeto	20,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

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

Obtenção de frequência

A frequência das aulas teórico é obrigatória. Perde a frequência quem faltar a mais do que 1/3 das aulas T previstas (36)

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

Obtenção de frequência

A frequência das aulas  Teóricas (T) e Teórico Práticas (TP)  é obrigatória.

O estudante perde a frequência, se faltar a mais de 1/3 das aulas T ou 1/4 das aulas TP.

Avaliação e Cálculo da classificação final

A- Avaliação distribuída envolve 

• A realização  de monografia (5 Slides)  durante o semestre letivo, com temas indidualizados. Nota : N_SL   (20%)

• A realização  micro testes Q1, Q2 e Q3, durante o semestre letivo, dando resultado a: 

         N_Q1 (5%), N_Q2  (5%), N_Q3 (5%),

                 

B- Exame 

        Nota de Exame  N_Ex  (65%)
       

  Aprovação na UC   e Nota final:

• Nota de Exame  N_Ex > = 9 valores em 20  

Avaliação Final  (NF)
NF = 0.65xN_Ex  +  0.20x N_SL  + 0.05x N_Q1  +  0.05x N_Q2  +  0.05x N_Q3

Será majorada a contribuição para nota final da N_Ex  e das notas obtidas no micro testes.
(se a nota de qualquer um dos micro testes N_Q1 (5%), N_Q2  (5%), N_Q3 (5%), for inferior à nota de exame, N_Ex,  esta será substituída pela nota do exame, N_Ex na formula de cálculo da nota final).


.........

Exame na época de recurso e especial conta a
nota da avaliação distribuida para os estudantes de 2023-24:


Para melhoria de nota da de estudantes dos anos anteriores

NF = N_Ex