Química-Física
Objetivos
Pretende-se que os alunos ganhem competências em espectroscopias ópticas, em particular
1- capacidade de prever os estados electrónicos presentes em átomos e moléculas. Utilizar modelos quanticos simples como o do electrão numa caixa.
2- identificar as transições permitidas e proibidas entre estados electrónicos e o acoplamento entre transições electrónicas e vibracionais. Perceber a forma dos espectros das moléculas com base na sobreposição dos factores de Franck-Condon dos estados envolvidos na transição.
3- perceber as regras de selecção e sua relação com os aspectos fundamentais da interacção dipolar entra a radiação electromagnética e os momentos dipolares de transição das moléculas, e a simetria dos estados envolvidos.
4- utilizar o modelo do oscilador harmónico para prever a frequência de vibração e racionalizar as frequências associadas a grupos funcionais em espectroscopia de infravermelho. Perceber os mecanismos interacção radiação-matéria que estão na origem da espectroscopia de absorção de infra-vermelho e na espectroscopia de Raman.
5- Dominar os aspectos práticos das espectroscopias, e os aspectos quantitativos relacionados com a transição electrónica. Cálculo do coeficiente de extinção molar e rendimento quantico de fluorescência.
Caracterização geral
Código
10696
Créditos
6.0
Professor responsável
Maria Madalena Alves de C.S.D. Andrade
Horas
Semanais - 3
Totais - 81
Idioma de ensino
Português
Pré-requisitos
A disponibilizar brevemente
Bibliografia
Physical Chemistry , J.De Paula, P.W. Atkins, W. H. Freeman; 7th edition or above (December 7, 2001)
Método de ensino
A disponibilizar brevemente
Método de avaliação
A avaliação da UC tem 3 componentes: 1) avaliação dos conhecimentos teóricos e sua aplicação, 2) avaliação da capacidade de resolução de problemas e 3) avaliação das aulas laboratoriais.
A componente 1) será avaliada pela realização de 2 testes individuais (65 % da nota final), que terão de ter média igual ou superior a 9,0 valores, i.e., Nota1 ≥ 9.
A componente 2) será avaliada pela realização de 4 minitestes presenciais no MOODLE (resolução em grupo e preenchimento individual) que contarão para a nota final com 12,5% (não têm nota minima). Os minitestes não realizados contarão com nota zero para a média dos minitestes.
A nota da componente laboratorial 3) inclui a discussão dos questionários e relatório e contará em 22,5% para a nota final. É obrigatório realizar todos os trabalhos práticos, apresentar dois questionários (trabalhos 1 e 3) e um relatório (trabalho 2), discutir questionários e relatório. Considera-se que o estudante cumpriu a componente laboratorial se Nota3 ≥ 10 .
Se Nota1 ≥ 9 e Nota3 ≥ 10 , a nota final corresponderá:
Notafinal, aval. continua = 0,65 x Nota1 + 0,125 x Nota2 + 0,225 x Nota3 eq.1
Se Notafinal, aval. continua ≥ 9,5 o estudante obterá aprovação à unidade curricular com classificação igual ao arredondamento às unidades do valor obtido por aquele cálculo (eq.1).
Caso contrário terá de ir a exame de recurso e só obterá aprovação se i) a nota de exame de recurso for NotaRecurso ≥ 9,5 e ii) se tiver Nota3 ≥ 10. Cumpridas aquelas duas condições, a nota final de recurso será dada por:
Notafinal, recurso= 0,775 x NotaRecurso + 0,225 x Nota3 (eq. 2)
O estudante obterá aprovação à unidade curricular com classificação igual ao arredondamento às unidades do valor obtido por este cálculo (eq.2).
Conteúdo
I. A radiação electromagnética
Radiação electromagnética. Dipolo oscilante como gerador de radiação. Interacção radiação-matéria: reflexão, refracção e dispersão de Rayleigh. Equação de dispersão para o índice de refracção. A espectroscopia e as regiões do espectro electromagnético; tipo de transições associadas. Unidades e conversões em espectroscopia.
II. Introdução à Química Quântica
Emissão do corpo negro. Equação de Planck. Distribuição de Boltzmann. Leis de Rayleigh-Jeans e de Planck. Comportamento ondulatório e corpuscular da luz: interferência e efeito fotoeléctrico. Modelos atómicos: Dalton, Thomson, Rutherford, Bohr. Absorção de radiação para o átomo de hidrogénio. Condição de ressonância de Bohr. Efeito de interferência para os electrões. Princípio de Incerteza de Heisenberg. Equação de Schrödinger a uma dimensão. Modelo da partícula numa caixa. Equação de Schrödinger a duas e três dimensões. Números quânticos.
III. Espectroscopia atómica
Estados electrónicos em átomos e termos espectroscópicos. Tabelas de microestados. Regras de selecção para transições electrónicas em átomos.
IV. Espectroscopia molecular
Classificaçao das OMs quanto a simetria e paridade. Estados electrónicos em moléculas e termos espectroscópicos. Regras de selecção. Momento dipolar de transição. Diagrama de orbitais moleculares para polienos conjugados: o benzeno. Operações de simetria e a tabela de caracteres.
V. Aspectos práticos e quantitativos dos espectros de absorção molecular UV-Vis
Aspectos práticos da espectroscopia molecular: transições: σ-σ*, π-π*, n-π*, n-σ*; influência da polaridade do solvente; desvios hipo- e híper- crómico e hipso- e bato- crómico. Transmitância, Absorvância Lei de Lambert; Dedução da Lei de Beer; absortividade molar. Força do Oscilador. Limitações e desvios da análise quantitativa.
VI. Espectros com resolução vibracional
O oscilador harmónico. Curvas de Morse. Princípio de Franck-Condon. Diagramas de Jablonski. Multiplicidade. Fluorescência e Fosforescência. Novas regras de selecção.
VII. Espectroscopia Vibracional
Infra-vermelho: Modelo de oscilador harmónico vs sistema anarmónico real. Definição de frequência de vibração; constante de força, k e massa reduzida e respectiva influencia na forma da curva de energia potencial. Região do IV onde surgem as bandas de grupos funcionais característicos.
Raman: Dispersão elástica e inelástica. Desvio de Stokes e anti-Stokes.