Unidade curricular: Cálculo EC Docente responsável: Ana Maria Almeida Santos Pereira Vale
Conteúdos programáticos 0. Revisões de polinómios e trigonometria. 1. O corpo dos números reais Números inteiros, axiomas de Peano e princípio de indução. Números racionais. Axiomas de corpo, axiomas de ordem. Princípio da boa ordenação. Binómio de Newton. 2. Funções reais de variável real Topologia da reta real. Funções reais. Limites e continuidade. Funções compostas. Teorema de Bolzano e teorema do valor intermédio. Funções inversas. Funções: exponencial, logaritmo, trigonométricas, trigonométricas inversas, hiperbólicas e hiperbólicas inversas. 3. Cálculo diferencial e Integral Derivadas e velocidade. Regra de Leibniz. Derivada da função composta. Teorema do valor médio. Extremos de funções. Polinómios de Taylor. Integral de Riemann. Teorema fundamental do cálculo. Primitivas. Métodos de integração. 4. Introdução às equações diferenciais ordinárias Equações diferenciais ordinárias lineares de primeira ordem. Equações diferenciais de variáveis separáveis. 5. Sucessões e Séries Limite de sucessões. Sucessões de Cauchy. Séries, critérios de convergência. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir Definir e aplicar o conceito de limite de função real de variável real e correspondentes métodos de cálculo em diversas circunstâncias. Definir e aplicar o conceito de derivada como um limite e as suas propriedades. Definir o conceito de integral como um limite e aplicar a noção de integral à determinação de áreas e volumes de sólidos de revolução bem como ao cálculo de comprimentos de curvas. Definir e aplicar os diferentes métodos de integração em R. Identificar e resolver equações lineares ordinárias lineares de 1ª ordem e de 2ª ordem com coeficientes constantes. Definir e aplicar os conceitos de sucessão, de série e de série de potências e suas propriedades e aplicações. Bibliografia principal A) T.M. Apostol, Calculus, vol. 1, John Wiley & Sons, New York 1969. B) K. F. Riley, M. P. Hobson and S. J. Bence, Mathematical Methods for Physics and Engineering, Cambridge University Press Metodologias de ensino (avaliação incluída)
− As aulas teóricas serão dedicadas à exposição e explicação dos conteúdos e à demonstração de resultados. As aulas teórico‐práticas serão dedicadas à resolução de exercícios e problemas. A avaliação periódica será baseada na realização de testes parciais. 1 Unidade curricular: Álgebra Linear e Geometria Analítica EC
Docente responsável: Lucile Arlette Guilaine Vandembroucq Conteúdos programáticos 1. Álgebra vetorial no plano e no espaço: Escalares e vetores. Adição de vetores. Multiplicação por um escalar. Base canónica. Norma de um vetor. Produto interno. Produto externo. Produto misto. Aplicações: retas, planos e esferas. 2. Matrizes: Operações com matrizes. Matrizes invertíveis. Matrizes em forma de escada. Condensação de uma matriz. Característica de uma matriz. 3. Sistemas de equações lineares: Classificação de sistemas. Algoritmo de eliminação de Gauss. O algoritmo de Gauss‐Jordan para a inversão de matrizes invertíveis. 4. Espaços Vetoriais IRn: Dependência e independência lineares. Subespaço vetorial. Geradores de um subespaço vetorial. Base e dimensão de um subespaço vetorial. 5. Transformações lineares no espaço: Definição. Matriz de uma transformação linear. Composição de transformações lineares. Simetrias. Rotações. 6. Determinantes: Cálculo de determinantes: método de Gauss, Teorema de Laplace. Aplicações: caracterização de matrizes invertíveis, cálculo da inversa, regra de Cramer. 7. Valores e Vectores próprios de uma matriz: Definição. Cálculo de valores e vetores próprios. Objetivos da unidade curricular e competências a adquirir 1. Resolver problemas envolvendo retas, planos e esferas em IR3 2. Operar com matrizes e calcular o determinante e a inversa de uma matriz 3. Classificar e resolver sistemas de equações lineares 4. Determinar uma base e a dimensão de um subespaço vetorial de IRn 5. Identificar e representar matricialmente transformações lineares 6. Calcular os valores próprios e os vetores próprios de uma matriz Bibliografia principal A) K. F. Riley, M. P. Hobson and S. J. Bence, Mathematical Methods for Physics and Engineering, Cambridge University Press B) T.M. Apostol, Calculus, vol. 1, John Wiley & Sons, New York 1969. C) T.M. Apostol, Calculus, vol. 2, John Wiley & Sons, New York 1969. Metodologias de ensino (avaliação incluída) − As aulas teóricas serão dedicadas à exposição e explicação dos conteúdos e à demonstração de resultados. As aulas teórico‐práticas serão dedicadas à resolução de exercícios e problemas. − A avaliação periódica será baseada na realização de testes parciais. 2 Unidade curricular: Introdução à Química Inorgânica Docente responsável: Sílvia Manuela Pereira‐Lima Conteúdos programáticos Capítulo 1 ‐ Os átomos e as suas propriedades Átomo e partículas subatómicas: propriedades físicas das partículas subatómicas; isótopos e massa atómica relativa. Teoria quântica: propriedades das ondas; radiação eletromagnética; efeito fotelétrico; teoria de Bohr; espetros de emissão; dualidade da natureza do eletrão; as condições de Broglie, Heisenberg e Schrödinger; funções de onda do átomo de hidrogénio; números quânticos; orbitais atómicas. Representação das orbitais atómicas: funções de densidade de probabilidade; Configuração eletrónica; substâncias diamagnéticas e paramagnéticas; relação entre a tabela periódica e o preenchimento das orbitais atómicas. Propriedades atómicas periódicas: classificação periódica dos elementos; variação periódica da carga nuclear efetiva, da energia de ionização e afinidades eletrónica. Capítulo 2 ‐ Modelos elementares de ligação química Tipos de ligação química: eletronegatividade e natureza das ligações químicas; eletronegatividade e tabela periódica. Ligações metálicas: deslocalização e mobilidade de eletrões. Ligações iónicas: condições para a formação de ligações iónicas; configurações eletrónicas de catiões e aniões; energia de rede e energética da formação de compostos iónicos – Ciclo de Born‐Haber; propriedades dos compostos iónicos; polarizabilidade de aniões e poder polarizante de catiões. Ligação covalente: natureza da ligação covalente; estruturas de Lewis; regras para a construção de estruturas de Lewis; cargas formais; ordem de ligação; ressonância; exceções à regra do octeto; energia e comprimento de ligação covalente; ligação covalente dativa. Capítulo 3 ‐ Teoria da ligação química e estrutura molecular Modelo da repulsão entre pares eletrónicos da camada de valência (modelo VSEPR): previsão de geometrias moleculares a partir de estruturas de Lewis. Teoria da ligação de valência: conceito; hibridização de orbitais atómicas; ligações σ e π; orbitais deslocalizadas. Teoria das orbitais moleculares: OMs σ e π; OMs ligantes e não ligantes; OMs de moléculas diatómicas homonucleares dos elementos do 2º período da tabela periódica; preenchimento das OMs e ordem de ligação; OMs de moléculas diatómicas heteronucleares; OMs π em moléculas e iões poliatómicos insaturados; transições HOMO‐LUMO; origem da cor em moléculas contendo sistemas conjugados extensos. Teoria das bandas: exemplos de preenchimento das bandas de um material; interpretação do brilho metálico; propriedades características dos metais; dopagem de semicondutores; semicondutores dos tipos n e p; tipos de ligas metálicas. Capítulo 4 ‐ Noções básicas de nomenclatura de compostos inorgânicos Nomenclatura de catiões, aniões, compostos iónicos e compostos moleculares. Capítulo 5 – Química dos elementos representativos Elementos do grupo 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 e 18. Hidrogénio: economia do hidrogénio; reações para obtenção de hidrogénio. Hidretos: hidretos salinos; hidretos moleculares; hidretos dos grupos 14, 15, 16 e 17; hidretos metálicos; hidretos poliméricos; boranos. Oxigénio: oxigénio e ozono; propriedades dos óxidos ao longo do período; classificação ácido‐
3 base dos óxidos dos elementos representativos. Metais alcalinos: propriedades; óxidos dos metais alcalinos; subóxidos. Metais alcalino‐terrosos: propriedades; óxidos dos metais alcalino‐
terrosos; pontos de fusão dos óxidos e reatividade com a água; berílio; magnésio; peróxidos; Elementos do grupo 13: propriedades; compostos de boro; compostos de alumínio; óxidos de gálio, índio e tálio. Elementos do grupo 14: propriedades; óxidos, oxoácidos e oxoaniões de carbono; ciclo do carbono; oxoácidos e oxoaniões de silício; quartzo; óxidos e aniões e germânio, estanho e chumbo. Oxidação‐redução: números de oxidação; reações de oxidação redução; propriedades redox dos elementos; potenciais padrão; Elementos do grupo 15: propriedades; óxidos e oxoácidos de azoto; aspetos da química redox dos compostos de azoto; produção de HNO3; reações de HNO3 com metais; óxidos de fósforo, arsénio, antimónio e bismuto; oxoaniões de fósforo. Elementos do grupo 16 (calcogéneos): propriedades; enxofre; diagrama de Frost dos elementos do grupo 16; óxidos de enxofre, selénio e telúrio; oxoaniões com 1, 2 ou mais átomos de enxofre; tioácidos e peroxoácidos de enxofre; propriedades dos oxoácidos e oxoaniões de enxofre. Elementos do grupo 17 (halogéneos): propriedades; óxidos de flúor; óxidos e oxoácidos de cloro, bromo e iodo; diagramas de Frost dos halogéneos. Capítulo 6 ‐ Introdução à química dos elementos de transição Configurações eletrónicas dos elementos do bloco d; raios atómicos dos metais do bloco d; raios atómicos e densidade dos metais do bloco d; extração e aplicações de alguns metais; iões dos metais de transição; estados de oxidação possíveis para os metais de transição; atividade catalítica. Capítulo 7 ‐ Introdução à química nuclear Estabilidade nuclear: reações nucleares; estrutura do núcleo e radiação nuclear; decaimento radioativo; Radioatividade: efeitos da radiação; medição da radiação; lei do decaimento radioativo; aplicações dos isótopos radioativos. Energia nuclear: conversão massa‐energia; fissão e fusão nuclear. Objetivos da unidade curricular e competências a adquirir O objetivo desta unidade curricular é fornecer aos alunos um conhecimento dos fundamentos da química inorgânica com relevância para as ciências naturais. No âmbito desta unidade curricular, os alunos deverão ser capazes de: ‐ Aplicar os princípios em que se baseiam as configurações eletrónicas dos elementos; ‐ explicar as principais propriedades periódicas dos elementos, descrever e interpretar as relações observadas nos grupos e períodos da Tabela Periódica; ‐ explicar os principais tipos de ligação química e relacioná‐los com a natureza dos átomos ligados; ‐ desenhar estruturas de Lewis de diferentes compostos com base na regra do octeto e reconhecer as exceções à regra; ‐ prever a estrutura eletrónica e a geometria de moléculas simples aplicando a Teoria da Ligação de Valência; 4 ‐ descrever as orbitais moleculares de diferentes moléculas diatómicas à luz da teoria das orbitais moleculares; ‐ reconhecer as regras de nomenclatura de diferentes compostos inorgânicos; ‐ descrever os aspetos básicos da química dos elementos dos blocos s e p da Tabela Periódica; ‐ reconhecer os aspetos básicos da química dos elementos de transição; ‐ descrever os conceitos básicos da química nuclear e os tipos mais comuns de decaimento radioativo. Bibliografia principal R. Chang, “Química”, McGraw‐Hill., 8ª edição, 2005. A.M.V. Cavaleiro, “Química Inorgânica Básica”, Universidade de Aveiro, 2ª edição, 1999. T. Gilbert, R. Kirss, G. Davies, “Chemistry – the science in context”, Norton, 1st edition, 2004. P. Atkins, L. Jones, “Chemistry – Molecules, Matter, and Change”, W.H. Freeman and company, 3nd edition, 1997. - D.F. Shriver, P.W. Atkins, C.H. Langford, “Inorganic Chemistry”, Oxford University Press, 2nd edition, 1994. Metodologias de ensino (avaliação incluída) -
A escolaridade da UC compreende horas de contacto de tipologia teórica (45h) e teórico‐prática (15h), estando também prevista a realização de trabalho independente a ser desenvolvido tanto individualmente como em grupo. Nas aulas teóricas são apresentados e desenvolvidos os temas contemplados no programa da UC, sendo as aulas teórico‐práticas utilizadas na resolução de problemas de aplicação. Nesta UC é solicitada a participação ativa dos alunos nas diversas atividades de aprendizagem, nomeadamente no aprofundamento dos conceitos teóricos e na resolução de exercícios de aplicação. A metodologia de avaliação desta UC é constituída por diversos elementos de avaliação incluindo testes sumativos e questionários de resposta que serão realizados e entregues no decorrer das aulas. 5 Unidade curricular: Introdução à Química Física Docente responsável: Carlos Jorge Ribeiro da Silva Conteúdos programáticos Termoquímica. Calor e temperatura; Propriedades intensivas e extensivas; Calorimetria: Calorímetros de pressão e volume constante; Definição de Entalpia; Função de estado; Lei de Hess; Calor associado às transições de fase; Curvas de aquecimento; Definição de estado padrão; Entalpia padrão de reação; Entalpias de combustão. Termodinâmica química. 1ª Lei da Termodinâmica; 2ª e 3ª leis da Termodinâmica e a entropia; Energia de Gibbs; Espontaneidade de reações químicas e de transições de fase; Equilíbrio químico e extensão das reações. Estados físicos da matéria. Gases: Teoria cinética dos gases; Distribuição de Maxwell; Equação dos gases ideais e de Van der Walls; Desvios ao comportamento ideal; Leis de Dalton e de Graham. Líquidos: Forças intermoleculares e interiónicas; Forças de adesão e de coesão; Tensão superficial; Capilaridade; Viscosidade. Sólidos: Classificação; Características e propriedades; Estruturas de cristalização. Transições de fase. Pressão de vapor; Vaporização e ebulição; Equação de Clausius‐Clapeyron; Diagramas de fases. Soluções. Entalpia de solução – entalpia de rede e de hidratação; Solubilidade dos gases; Propriedades coligativas. Equilíbrio químico. Fatores que afetam o equilíbrio químico. Equilíbrio ácido‐base: Ácidos monopróticos e polipróticos; Propriedades ácido‐base de sais; Soluções tampão. Equilíbrio de solubilidade: Reações de precipitação; Efeito do ião comum e efeito do pH. Eletroquímica de equilíbrio: Reações de oxidação – redução; Células Galvânicas; Potenciais padrão de elétrodo; Espontaneidade de reações de elétrodo; Equação de Nernst; Eletrólises: aspetos qualitativos e quantitativos. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir Esta unidade curricular tem por objetivo introduzir os conceitos fundamentais da Química‐Física, ao nível das propriedades da matéria e da sua relação com a estrutura molecular e interações intermoleculares. Como resultados de aprendizagem, destacam‐se: ‐Discriminar as variáveis termoquímicas e associá‐las aos conceitos de propriedade intensiva/ extensiva e de função termodinâmica de estado. ‐ Interpretar as características e teorias utilizadas na descrição dos estados físicos da matéria. ‐ Descrever as propriedades coligativas das soluções e os principais fatores que afetam a solubilidade. ‐ Interpretar o equilíbrio químico como um processo dinâmico envolvendo alterações a nível molecular. ‐Identificar os principais tipos de reações químicas em solução aquosa e calcular grandezas 6 relacionadas com o equilíbrio. ‐ Distinguir entre células galvânicas e eletrolíticas. ‐ Identificar aplicações de processos eletroquímicos. Bibliografia principal R. Chang, Química, 8ª Edição, McGraw‐Hill, 2005. P. Atkins, L. Jones, Chemistry, Molecules, Matter and Change, 4th Edition, W.H. Freeman and Company, 2000. T.R. Gilbert, R.V. Kirss, G. Davies, Chemistry, The science in context, W.W. Norton & Company, 2004. Metodologias de ensino (avaliação incluída) Esta unidade curricular é constituída por aulas teóricas onde são expostos os conteúdos programáticos desta UC. Nas aulas teórico práticas os alunos procedem à resolução de problemas relacionados com os conteúdos de cada subunidade. Os problemas são disponibilizados antecipadamente procurando‐se que estas aulas sejam usadas preferencialmente para o esclarecimento de dúvidas, dado terem uma curta duração. A avaliação desta unidade curricular engloba duas componentes: Avaliação contínua e avaliação periódica. A admissão ao exame final só é concedida aos alunos que tenham obtido frequência no corrente ano letivo ou em anos letivos anteriores. 7 Unidade curricular: Técnicas Laboratoriais em Química Docente responsável: Maria de Fátima Malveiro Bento
Maria do Sameiro Torres Gonçalves
Conteúdos programáticos Regras de higiene e segurança em laboratórios de química. Manipulação e gestão de resíduos laboratoriais. Registo, organização e apresentação de resultados experimentais. Estimativa de intervalos de confiança. Operações laboratoriais elementares. Técnicas de separação/purificação de sólidos e líquidos. Aplicação de operações laboratoriais elementares e de técnicas de separação/purificação em atividades experimentais: - Calibração de material volumétrico - Preparação de soluções - Aferição de soluções - Determinação da concentração de uma solução de permanganato de potássio pelo método da curva de calibração - Destilação simples e fracionada - Recristalização. Ponto de fusão - Cromatografia em camada fina (TLC) e em coluna - Extração líquido‐líquido simples e múltipla - Apresentação e discussão dos resultados experimentais Objetivos da unidade curricular e competências a adquirir -
Identificar as regras e procedimentos de segurança em laboratórios de química. Reconhecer as características físicas, químicas e de toxicidade de reagentes e solventes. Selecionar material de vidro e equipamento de laboratório de acordo com a aplicação. Manusear material específico utilizado em operações unitárias de separação. Selecionar as operações unitárias de separação adequadas para efetuar o isolamento e purificação de reagentes. Estimar as incertezas associadas a resultado experimentais através da propagação de incertezas e com base no desvio padrão. Interpretar as observações e os resultados experimentais obtidos. Bibliografia principal -
Skoog, West, Holler, Fundamentals of Analytical Chemistry, Saunders College Publishing, EUA, 7ª Ed, 1991. J.A. Martinho Simões, M.A.R.B. Castanho, I.M.S. Lampreia, F.J.V. Santos, C.A.N. Castro, M.F. Norberto, M.T. Pamplona, L. Mira, M.M. Meireles, “Guia do Laboratório de Química e 8 Bioquímica”, Lidel, Lisboa, 2008. - J.R. Mohrig, C.N. Hammond, T.C. Morrill, D.C. Nerckers, “Experimental Organic Chemistry” W.H. Freeman and Company”, New York, 1997. Metodologias de ensino (avaliação incluída) Nesta UC é solicitado aos alunos um papel ativo na execução experimental dos trabalhos, na formulação de questões e na resolução de problemas de natureza experimental. As atividades a desenvolver nas aulas práticas, assim como o tratamento de resultados e respetiva análise, deverão ser previamente preparadas pelo aluno como trabalho independente. Os trabalhos laboratoriais serão desenvolvidos em grupo. A avaliação contemplará duas componentes: componente de avaliação contínua (laboratorial) e componente periódica (testes escritos). A avaliação contínua é efetuada com base nos seguintes parâmetros: assiduidade e pontualidade; desempenho nas aulas práticas; participação nas aulas de resolução de problemas de aplicação; caderno laboratorial; resposta a questões acerca dos trabalhos laboratoriais.
Metodologias de ensino A unidade curricular funciona de acordo com a sua escolaridade: 30T+30T+15PL. As 15h de laboratório serão distribuídas por 15 semanas (2h de laboratório, em 7 semanas e 1 hora dedicada a avaliação do laboratório). A seleção de problemas e de trabalhos práticos deve ser adaptada aos cursos. Deverá haver uma equipe formada pelos docentes envolvidos na lecionação desta UC aos vários cursos da ECUM que irá coligir a adaptar os conteúdos das aulas teórico práticas e práticas laboratoriais a cada curso. A transmissão de conteúdos será feita com exposição e escrita no quadro. Os materiais de apoio das aulas são disponibilizados através da plataforma de e‐learning. Um aluno só será admitido a avaliação da componente teórica, se obtiver aprovação na componente laboratorial. A avaliação da componente teórica será feita através de dois testes a realizar durante o semestre. Os estudantes que não tenham tido sucesso no quadro da avaliação contínua ou periódica podem submeter‐se a avaliação por exame. 9 Unidade curricular: Estatística EC Docente responsável: Cecília Maria Vasconcelos Costa e Castro de Azevedo Conteúdos programáticos: Análise Inicial de dados ‐ Análise Inicial de dados: variáveis e escalas de medida, medidas descritivas e representação gráfica de dados; Medidas de associação; Regressão linear; Modelos não lineares; Aplicações a modelos de crescimento. Probabilidade e distribuições paramétricas – Conceitos básicos: probabilidade, condicionamento e independência, variáveis aleatórias e distribuições de probabilidade; Modelos mais relevantes nas Ciências; Ajustamento empírico de modelos. Tópicos de estatística – Estimação paramétrica, pontual e intervalar, e testes estatísticos: conceitos fundamentais, testes paramétricos, testes de associação, testes de ajustamento, testes de qui‐quadrado, análise de variância paramétrica e não paramétrica. Os conteúdos programáticos são lecionados com recurso sistemático a software adequado à análise de dados. Objetivos da unidade curricular e competências a adquirir Representação gráfica, exploração e interpretação de dados. Relação entre variáveis estatísticas. Associação e regressão (linear e não linear). Principais distribuições de probabilidade. Ajustamento empírico de modelos. Modelação de dados. Formulação de hipóteses estatísticas e aplicação de testes (paramétricos e não paramétricos). Interpretação de resultados. Utilização de software adequado para tratamento e análise de dados. Bibliografia principal Guimarães, R.C., Sarsfield Cabral, J.A., Estatística (2ª edição), McGraw Hill 2007. Murteira, B., Ribeiro, C., Silva, J. e Pimenta, C., Introdução à Estatística (2ª edição), McGraw‐
Hill 2007. Pestana, D.D.; Velosa, S.F., Introdução à Probabilidade e à Estatística (4ª edição), Fundação Calouste Gulbenkian, 2010. Zar, J. H., Biostatistical analysis (5ª edição), Prentice Hall, 2010. Metodologias de ensino − As aulas teórico‐práticas são dedicadas à exposição e explicação dos conteúdos assim como à resolução de exercícios e problemas “académicos”. − As aulas prá cas laboratorias são dedicadas à exposição e à resolução de problemas “reais” (tendo em conta o interesse do Curso) com apoio de software apropriado. − A avaliação periódica será baseada na realização de testes parciais e/ou de trabalhos práticos, onde o recurso a ferramentas computacionais é fortemente aconselhado quer para a resolução do problema proposto quer para a elaboração do relatório que o acompanha. 10 Unidade curricular: Física I Docente responsável: Eduardo Jorge Nunes Pereira Conteúdos programáticos 1.) Introdução à Física Medida e padrões MKS do Sistema Internacional Unidades fundamentais e derivadas. Análise dimensional. Estimativas numéricas de ordem de grandeza. 2.) Leis de Newton Cinemática e dinâmica para uma partícula em uma dimensão. Aplicações. 3.) Trabalho e energia em uma dimensão. Teorema trabalho‐energia cinética. Energia potencial e conservação de energia. Trabalho realizado por força variável. Forças conservativas e não conservativas. Forças conservativas e energia potencial. 4.) Movimento, forças e energia em mais de uma dimensão. Movimento em duas dimensões: projétil e movimento circular uniforme. 5.) Movimento oscilatório. Movimento harmónico simples, movimento amortecido e forçado. Ressonância. 6.) Fenómenos ondulatórios. Ondas periódicas, amplitude, frequência e comprimento de onda. Ondas transversais e longitudinais. Modos normais de uma corda. Ondas estacionárias. Efeito Doppler; princípio de funcionamento de ecografia. 7.) Fluídos. Fluídos ideais: pressão, tipos de escoamentos, leis de conservação, hidrostática. Fluídos Viscosos: viscosidade, tensão superficial e capilaridade. Objetivos da unidade curricular e competências a adquirir Objectivos: Apresentar uma abordagem da mecânica clássica aplicada a problemas na área das ciências, com especial ênfase em ciências da vida, química, biologia, e geologia. Abordar o movimento oscilatório, cujos conceitos de movimentos simples, amortecido e de 11 ressonância são transversais nas áreas de ciências.
Estender a discussão do movimento oscilatório a fenómenos ondulatórios elementares. Mostrar a relação entre movimentos oscilatórios e ondas. Apresentar os fundamentos de mecânica de fluidos, explorando os conceitos de leis de conservação e de pressão e os efeitos da gravidade. Apresentar fenómenos de importância generalizada em fluidos não ideais. Competências: ‐ Aplicar análise dimensional a problemas concretos e distinguir unidades fundamentais de derivadas. ‐ Descrever a aplicar conceitos de trabalho, energia e forças em movimentos em uma e duas dimensões. ‐ Descrever movimentos oscilatórios e explicar o conceito de ressonância. ‐ Relacionar movimentos oscilatórios com fenómenos ondulatórios. ‐ Compreender o efeito Doppler e o seu uso em técnicas de ecografia. ‐ Aplicar a hidrostática a fluidos ideais e descrever a viscosidade, tensão superficial e capilaridade. Bibliografia principal A) R. A. Serway, Physics for Scientists and engineers with modern physics, Saunders College Publishing 4th Ed. (1996). B) J. Newman, Physics of the Life Sciences, Springer (2008). C) C.H. Holbrow et al., Modern Introductory Physics, 2nd. Ed., Springer (2010). D) L. Weinstein, J.A. Adam, Guesstimation, Solving the World’s Problems on the Back of a Cocktail Napkin, Princeton University Press (2008). Ponto 1. 12 Unidade curricular: Introdução à Química Orgânica Docente responsável: Maria Manuela Marques Raposo Conteúdos programáticos Capítulo 1 ‐ Grupos funcionais (nomenclatura, estrutura e propriedades físicas) Introdução aos diferentes grupos funcionais: estrutura, breve referência às regras IUPAC de nomenclatura, efeitos eletrónicos e propriedades físicas. Capítulo 2 ‐ Análise conformacional e estereoisomerismo Isómeros estruturais, conformacionais, configuracionais e óticos. Capítulo 3 ‐ Noções gerais de mecanismos de reação Intermediários reativos. Força relativa de nucleófilos e eletrófilos. Tipos gerais de reações: polares e radicalares. Seletividade das reações. Capítulo 4 ‐ Reatividade de alcanos Halogenação de alcanos. Mecanismo de halogenação. Oxidação de alcanos. Capítulo 5 ‐ Estrutura e reatividade de haletos de alquilo Natureza das ligações carbono‐halogéneo e propriedades físicas. Substituição nucleofílica bimolecular e unimolecular. Mecanismos, estereoquímica e efeitos estéreos. Eliminação β. Capítulo 6 ‐ Estrutura e reatividade de álcoois, fenóis e éteres Álcoois: basicidade, acidez, síntese e reatividade. Síntese de éteres. Fenóis: acidez e reação ácido‐base. Capítulo 7 ‐ Estrutura e reatividade de alcenos e alcinos. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir Esta UC tem como objetivo fornecer aos alunos uma base sólida em conceitos teóricos e teórico‐
práticos associados à estrutura, nomenclatura e reatividade de várias classes de compostos orgânicos assim como a relação de estrutura com as propriedades físicas, a avaliação do isomerismo em compostos orgânicos, a compreensão e aplicação dos conceitos de reatividade, acidez, basicidade, nucleofilia e electrofilia e a discussão do mecanismo de algumas reações orgânicas. O aluno deverá ser capaz de: ‐ explicar os efeitos eletrónicos e relacionar esses efeitos com a acidez e basicidade em compostos orgânicos; ‐ escrever a estrutura e aplicar as regras de nomenclatura das várias classes de compostos orgânicos; ‐ relacionar a estrutura de compostos orgânicos com as propriedades físicas; ‐ avaliar as várias formas de isomerismo nos compostos orgânicos; ‐ aplicar conceitos básicos de reatividade tais como acidez, basicidade, nucleofilia e electrofilia; ‐ identificar os produtos de reações orgânicas indicando a estereoquímica das moléculas; ‐ discutir o mecanismo de algumas reações orgânicas. Bibliografia principal 13 1‐ A. Tomé, “Introdução à Nomenclatura dos Compostos Orgânicos”, Escolar Editora, Lisboa, 2010. 2‐ T. W. G. Solomons, "Fundamentals of Organic Chemistry", 7th Edition, John Wiley & Sons, New York, 2000. 3‐ K. P. C. Vollhardt, N. E. Schore, "Organic chemistry, structure and function", 5th Edition, W. H. Freeman and Company, New York, 2007. Metodologias de ensino (avaliação incluída) A escolaridade da UC compreende horas de contacto de tipologia teórica (45h) e teórico‐prática (15h) estando também prevista a realização de trabalho independente a ser desenvolvido individualmente. Nas aulas teóricas são apresentados e desenvolvidos os temas contemplados no programa da UC, sendo as aulas teórico‐práticas utilizadas na resolução de problemas de aplicação. Nesta UC é solicitada a participação ativa dos alunos nas diversas atividades de aprendizagem, nomeadamente na resolução de exercícios de aplicação. A metodologia de avaliação desta UC é constituída por diversos elementos de avaliação incluindo, entre outros, os testes sumativos e informação relativa ao desempenho do aluno nas aulas teórico‐práticas. 14 Unidade curricular: Química Física Docente responsável: Maria José Feio Mendes Silva Medeiros Conteúdos programáticos A 1ª lei da termodinâmica. Variação da entalpia com a temperatura; Variações da Energia interna a composição constante; Efeito de Joule‐Thomson. A 2ª e a 3ª lei da termodinâmica. 2ª lei da termodinâmica ‐ Direção das transformações espontâneas; 3ª lei da termodinâmica; Energias de Gibbs e Helmholtz; Combinação da 1ª e 2ª leis da termodinâmica – equação fundamental; Propriedades da energia interna; Propriedades da energia de Gibbs. Soluções de eletrólitos e não‐eletrólitos. Descrição termodinâmica de misturas: quantidades parciais molares; Propriedades de soluções: propriedades coligativas; Noção de atividade; Atividade de iões em solução – teoria de Debye‐Huckel; Condutividade de soluções de eletrólitos: mobilidade de iões, interações ião‐ião. Diagramas de fases. Lei das fases; Sistemas de um e de dois componentes (diagramas pressão de vapor, diagramas composição‐temperatura; diagramas de fases liquido‐líquido, diagramas de fases liquido‐sólido). Equilíbrio químico. Reações químicas espontâneas: aplicação da termodinâmica à descrição do equilíbrio; Resposta do equilíbrio à variação das condições experimentais. Cinética de reações químicas. Leis de velocidade; Reações próximas do equilíbrio; Variação da velocidade com a temperatura; Mecanismo de reação: reações elementares, aproximação do estado estacionário, passo determinante; Reações unimoleculares; Cinética de reações complexas: reações em cadeia e de polimerização; Catálise homogénea; Teoria das colisões; Teoria do estado de transição; Aspetos termodinâmicos (parâmetros de ativação). Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir Esta unidade curricular tem por objetivo dar formação no âmbito do estudo termodinâmico de sistemas químicos, compostos por um e dois componentes e de soluções de eletrólitos e não‐
eletrólitos, assim como no análise cinética e termodinâmica de reações químicas. No final desta unidade curricular os alunos deverão ser capazes de: ‐ Calcular variações de entalpia, entropia e energia livre de reações, a partir de dados padrão; ‐ Aplicar os potenciais químicos na descrição dos equilíbrios entre fases; ‐ Distinguir entre soluções reais e ideais; ‐ Interpretar diagramas de fases de uma substância, de mistura binária de líquidos voláteis, de mistura binária de líquidos parcialmente miscíveis e de misturas binárias de sólidos; ‐ Inferir a lei de velocidade de uma reação com base em resultados experimentais de concentração em função do tempo ou de velocidade em função do tempo; ‐ Usar a equação de Arrenhius na análise do efeito da temperatura nas constantes de velocidade. Bibliografia principal P. W. Atkins, "Physical Chemistry", Oxford University Press, 4ª Ed., Londres, (1990). R.J. Silbey, R.A. Alberty, M.G. Bawendi, "Physical Chemistry", Wiley, 4ª Ed., (2005). 15 Metodologias de ensino (avaliação incluída) As metodologias de ensino e avaliação a implementar nesta UC são diversas e adaptadas aos resultados de aprendizagem esperados tendo em atenção as competências que o aluno deverá adquirir, não só ao nível teórico, mas também ao nível prático. A aprendizagem será apoiada por técnicas baseadas em suporte multimédia e complementada com o uso de plataformas de ensino à distância (e‐learning). Estão previstas aulas teórico‐práticas (TP) onde serão implementadas metodologias de ensino/aprendizagem baseadas na análise e resolução de problemas, e consequentemente mais centradas no aluno. Para esta UC será realizada avaliação contínua e avaliação periódica, de acordo com os seguintes elementos: Avaliação contínua: Assiduidade, observação de atitude e intervenção do aluno na discussão dos conteúdos programáticos da unidade curricular, resolução dos problemas propostos pelo docente nas aulas teórico‐práticas; Avaliação da apresentação em grupo e/ou individual dos exemplos de aplicação propostos no domínio da Química Física durante as aulas teórico‐práticas e a discussão dos mesmos (15%); Organização e conteúdo do dossier da Unidade Curricular. Avaliação periódica: Dois testes. Avaliação por exame: Os alunos que não tenham obtido aprovação à unidade curricular, poderão realizar um exame final, desde que tenham assistido a pelo menos 2/3 das aulas teórico‐práticas (Artº 2º, nº 9 e Artº 9º, nº 1 do RIAPA).
16 Unidade curricular: Laboratórios de Química Física e Inorgânica Docente responsável: João Paulo Rodrigues Fernandes André
Maria de Fátima Malveiro Bento
Conteúdos programáticos Execução de atividades laboratoriais, aquisição, tratamento e análise de resultados no âmbito da Química Física e da Química Inorgânica. Determinação de propriedades de líquidos e de soluções: - Determinação da viscosidade de líquidos (acetona, etanol e água). Efeito da temperatura.
- Construção do diagrama de fases sólido‐líquido do sistema binário naftaleno‐bifenilo. - Estudo da condutividade de soluções de KCl e de ácido acético. Efeito da concentração. Determinação de grandezas termodinâmicas e cinéticas de reações: - Determinação de entalpias de solubilização e de neutralização. Verificação da lei de Hess.
- Estudo cinético da reação de oxidação do ião iodeto pelo peróxido de hidrogénio em meio ácido. - Células galvânicas. Estudo do efeito da concentração. Execução de trabalhos práticos relacionados com a análise qualitativa de compostos inorgânicos. Estudo de propriedades elementos representativos e de alguns dos seus compostos: - Identificação de um sal desconhecido com base nas reações características dos seus iões componentes. - Estudo de algumas propriedades dos halogéneos - Números de oxidação do vanádio - Preparação e determinação da estequiometria do sulfato de x‐aminocobre(II) Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir -
Reconhecer métodos de caracterização das propriedades físico‐químicas de substâncias puras e de soluções: viscosidade; temperaturas de fusão e condutividade. Relacionar os resultados obtidos com as propriedades dos sistemas analisados. Determinar o calor de uma reação a partir da variação de temperatura observada num calorímetro. Estimar velocidades de reação a partir da medição do tempo associado à modificação de uma propriedade do sistema reacional. Estabelecer a lei de velocidade de uma reação através do estudo do efeito da variação da concentração de cada um dos reagentes na velocidade da reação. Construir e medir diferenças de potencial de várias semicélulas eletroquímicas. Relacionar o potencial de uma célula eletroquímica com a concentração dos iões em solução. Reconhecer algumas reações características de compostos típicos dos elementos representativos. Identificar sais com base nas suas reações características. Analisar a reatividades de halogéneos. 17 - Reconhecer algumas reações características dos iões dos metais de transição. Bibliografia principal P. W. Atkins, "Physical Chemistry", Oxford University Press, London, (1995). J.A. Beran, “Laboratory manual for principles of general chemistry”, John Wiley & Sons, 9ª ed. (2010). J.M. Postma, J.L. Roberts, J.L. Hollenberg, “Chemistry in the Laboratory”, W. H. Freeman and Company, 7ª ed. (2010). R. Chang, "Química", MacGraw‐Hill, 5ª edição, (1994). J. Bassett et al., "Vogel's textbook of Quantitative Inorganic Analysis", Longman, 4ª Ed., (1999). Metodologias de ensino (avaliação incluída) Os trabalhos laboratoriais serão desenvolvidos em grupo. As atividades a desenvolver nas aulas práticas e teórico‐práticas, nomeadamente o tratamento e análise de resultados requerem a preparação prévia pelo aluno como trabalho independente. Os alunos terão um papel ativo nas diversas atividades a desenvolver, nomeadamente na execução experimental dos trabalhos, na formulação de questões e na resolução de problemas. A avaliação desta UC contemplará duas componentes: uma de avaliação contínua (laboratorial) e outra de avaliação periódica (testes escritos). Para a componente de avaliação contínua serão considerados vários elementos de avaliação, nomeadamente a assiduidade e a pontualidade, o desempenho nas aulas teórico‐práticas e práticas e ainda os relatórios das atividades laboratoriais. 18 Unidade curricular: Física II Docente responsável: José Carlos Viana Gomes Conteúdos programáticos 1.) Forças e campos eléctricos Cargas eléctricas e conservação de carga. Lei de Coulomb. Bons e maus condutores. Campos eléctricos. Distribuição de cargas em macromoleculas em solução: princípios de electroforese. 2.) Energia e potencial eléctrico Energia potencial eléctrica e potencial eléctrico. Dipolos eléctricos e distribuições de carga. Condensadores. Descrição microscópica de interacções eléctricas: átomos e moléculas. 3.) Corrente eléctrica e circuitos de corrente continua Corrente eléctrica, resistência e lei de Ohm. Lei de Joule. Modelo microscópico para a condução eléctrica: metais e soluções salinas. Associações de resistências e condensadores. Circuitos RC: correntes eléctricas em membranas Axónio – estrutura e funcionamento 4.) Campos magnéticos Forças e campos magnéticos. Espectroscopia de massa. Força e torque num dipolo magnético. O spin; ressonância magnética nuclear (NMR) 5.) Intodução à Ótica Radiação electromagnética: as experiências de Hertz A Energia transportada por ondas electromagnéticas Luz visível e o espectro electromagnético Medidas da velocidade da luz 6.) Óptica geométrica Reflecção e Refracção; princípio de Huygens. Dispersão; Prisma como um monocromador rudimentar Formação de imagem por refracção: lentes finas O olho, a lupa e o microscópio composto. 7.) Interferência e Difracção A dupla fenda de Young Difracção devido a uma fenda estreita (campo longínquo) Limite de resolução de um microscópio devido à difração. A rede de difração: funcionamento de um espectrofotómetro Difracção de raios‐X: estrutura cristalina de proteínas 19 Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir
Objectivos: Descrever a interacção entre cargas eléctricas: forças e campos eléctricos. Aplicar os conceitos de electroforese de macromoléculas. Apresentar uma descrição microscópica para interacções eléctricas em macromoléculas. Apresentar os rudimentos da descrição de circuitos de corrente continua, contendo resistências e condensadores. Descrever carga e descarga de condensadores e apresentar o conceito de tempo RC. Explicar o funcionamento de membranas celulares e do axónio. Descrever a força de Lorentz e o princípio de funcionamento de um espectómetro de massa. Introduzir a ideia de dipolo magnético, spin nuclear e descrever o princípio de funcionamento da ressonância magnética nuclear. Apresentar a luz como uma perturbação electromagnética; Descrever os fenómenos de reflexão, refracção e dispersão. Descrever o princípio de funcionamento de instrumentos de formação de imagem. Descrever fenómenos de interferência e difracção. Demonstrar a existência de um limite para resolução instrumental devido à difracção. Descrever o princípio de funcionamento de um espectómetro de rede e da técnica de difracção de raios‐X. Competências: Saber calcular a força de Coulomb em distribuições de cargas discretas. Compreender o funcionamento de um circuito eléctrico de corrente continua, relacionando‐o com as leis de Kirchhoff. Saber enunciar a lei de Ohm descrever o efeito de Joule. Compreender o funcionamento de um circuito RC. Saber calcular a força de Lorentz aplicada num laço de corrente sujeito a um campo magnético homogéneo. Compreender o funcionamento da técnica de RMN. Saber calcular o factor de magnificação e o o limite de resolução de um microscópio. Saber interpretar um espectro de difracção de raios‐X de um cristal. Bibliografia principal A) J. Newman, Physics of the Life Sciences, Springer (2008). B) R. A. Serway, Physics for Scientists and engineers with modern physics, Saunders College Publishing 4th Ed. (1996). Metodologias de ensino (avaliação incluída) A unidade curricular funciona de acordo com a sua escolaridade: 30T+30T+15PL. As 15h de laboratório serão distribuídas por 15 semanas (2h de laboratório, em 7 semanas e 1 hora dedicada a avaliação do laboratório). A selecção de problemas e de trabalhos práticos deve ser adaptada aos cursos. Deverá haver uma equipe formada pelos docentes envolvidos na leccionação desta UC aos vários cursos da ECUM que irá coligir a adaptar os conteúdos das aulas teórico práticas e práticas laboratoriais a 20 cada curso. A transmissão de conteúdos será feita com exposição e escrita no quadro. Os materiais de apoio das aulas são disponibilizados através da plataforma de e‐learning. Um aluno só será admitido a avaliação da componente teórica, se obtiver aprovação na componente laboratorial. A avaliação da componente teórica será feita através de dois testes a realizar durante o semestre. Os estudantes que não tenham tido sucesso no quadro da avaliação contínua ou periódica podem submeter‐se a avaliação por exame. 21 Unidade curricular: Química Orgânica Docente responsável: Maria Fernanda Jesus Rego Paiva Proença
Conteúdos programáticos Capítulo 1‐ Estrutura e reatividade de benzeno e derivados Estrutura. Substituição eletrofílica aromática. Mecanismo da reação de substituição eletrofílica aromática. Efeito dos substituintes na reatividade e orientação de reações de substituição eletrofílica aromática. Algumas reações das cadeias laterais de compostos aromáticos. Substituição nucleofílica aromática. Formação de benzinos. Capítulo 2 – Estrutura e reatividade de aldeídos e cetonas Diferente reatividade de aldeídos e cetonas. Reações em meio ácido e em meio básico. Adição de cianeto de hidrogénio/ cianeto de metais. Reação com compostos organometálicos. Redução a álcoois por reação com hidretos metálicos. Redução a hidrocarbonetos: redução de Clemensen e de Wolff‐Kishner. A reação de Wittig na síntese de alcenos. Reações de enolatos com eletrófilos. Capítulo 3 ‐ Estrutura, propriedades e reatividade de aminas Revisão de conceitos gerais relacionados com a estrutura e propriedades de aminas. Estudo de algumas reações de aminas: reação com o grupo carbonilo de aldeídos e cetonas, reação com o grupo carbonilo de ácidos carboxílicos e seus derivados, reação de alquilação e de diazotação. Capítulo 4 ‐ Estrutura, síntese e reatividade de ácidos carboxílicos Revisão de conceitos gerais relacionados com a estrutura e propriedades de ácidos carboxílicos. Síntese de ácidos carboxílicos. Reatividade de ácidos carboxílicos: aspetos gerais e síntese de haletos de acilo, anidridos, ésteres e amidas. Redução de ácidos carboxílicos a aldeídos e a álcoois primários. Capítulo 5 – Estrutura, propriedades e reatividade de derivados de ácidos carboxílicos Revisão de conceitos gerais relacionados com a estrutura e reatividade de derivados de ácidos carboxílicos. Efeitos que determinam a reatividade de derivados de ácidos carboxílicos. Análise da natureza do grupo abandonante na interconversão de derivados de ácidos carboxílicos e na sua reatividade face a nucleófilos. Reatividade de cloretos de acilo: hidrólise, síntese de ésteres, síntese de anidridos, reação com reagentes organometálicos e com hidretos metálicos. Reatividade de anidridos: síntese de ésteres, síntese de amidas. Reatividade de ésteres: reações com aminas, hidrólise ácida, hidrólise alcalina, transesterificação. Reatividade de amidas: hidrólise ácida, hidrólise alcalina e redução a aminas. Capítulo 6 – Estrutura e reatividade de dienos conjugados Sistemas  deslocalizados: breve análise da estrutura do 1,3‐butadieno. Adição 1,2 e 1,4 a dienos conjugados. Controlo cinético vs. termodinâmico na adição de HBr a dienos conjugados. A reação de Diels‐Alder: breve análise mecanística. Seletividade endo/exo. Capítulo 7 ‐ Estrutura e reatividade de compostos ‐dicarbonílicos A acidez de compostos ‐dicarbonílicos. Condensação aldólica vs condensação de Claisen. Síntese de ‐cetoésteres. Condensação de Dieckmann. Condensação de Claisen cruzada (mista) com ésteres reativos não enolizáveis. Condensação de Claisen cruzada (mista) com cetonas. Sínteses usando o éster malónico ou o éster acetoacético. 22 Capítulo 8 ‐ Estrutura e reatividade de compostos carbonílicos ,‐insaturados Estrutura e reatividade de compostos carbonílicos ,‐insaturados. Adições 1,2 e 1,4 a compostos carbonílicos ,‐insaturados. A reação de Michael e a ciclização de Robinson. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir Esta UC tem como objetivo fornecer aos alunos uma base sólida em conceitos teóricos e teórico‐
práticos associados à estrutura e reatividade de várias classes de compostos orgânicos assim como a discussão do mecanismo de algumas reações orgânicas. O aluno deverá ser capaz de: ‐ discutir a reatividade de moléculas com mais do que um grupo funcional; ‐ identificar os produtos de reações orgânicas indicando a estereoquímica das moléculas; ‐ selecionar os reagentes mais indicados para promover transformações de grupos funcionais; ‐ discutir o mecanismo de algumas reações orgânicas; ‐ aplicar os conceitos adquiridos à resolução de novos problemas de síntese. Bibliografia principal ‐ N.L. Alinger, M.P. Cava et.al. "Química Orgânica", Ed. Guanabara 2, Rio de Janeiro, 1982. ‐ K.P.C. Vollhardt e N.E. Schore, "Organic Chemistry", Freeman, 5th Ed., 2002. ‐ T.W.G. Solomons, “Organic Chemistry”, John Wiley & Sons, Inc., 5th Ed, 1992. Metodologias de ensino (avaliação incluída) A escolaridade da UC compreende horas de contacto de tipologia teórica (45h) e teórico‐prática (15h) estando também prevista a realização de trabalho independente a ser desenvolvido individualmente. Nas aulas teóricas são apresentados e desenvolvidos os temas contemplados no programa da UC, sendo as aulas teórico‐práticas utilizadas na resolução de problemas de aplicação. Nesta UC é solicitada a participação ativa dos alunos nas diversas atividades de aprendizagem, nomeadamente na resolução de exercícios de aplicação. A metodologia de avaliação desta UC é constituída por diversos elementos de avaliação incluindo, entre outros, os testes sumativos e informação relativa ao desempenho do aluno nas aulas teórico‐práticas. 23 Unidade curricular: Química Analítica I Docente responsável: António Maurício da Costa Fonseca Conteúdos programáticos Introdução ao Processo Analítico. Erros em Análises Químicas. Origem e deteção de erros sistemáticos e aleatórios; Tratamento e avaliação estatística de dados; Intervalos de confiança; Teste de hipóteses (comparação de uma média experimental com um valor conhecido; comparação de duas médias experimentais; comparação de variâncias; deteção de valores discrepantes). Amostragem e preparação de amostras para análise. Definição de planos de amostragem; Etapas envolvidas no processo de amostragem; Amostragem de amostras líquidas, sólidas e gasosas; Preparação da amostra para análise (preparação de amostras de laboratório; métodos de solubilização e decomposição da amostra). Equilíbrio químico. Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos; Efeito de Eletrólitos nos Equilíbrios Químicos; Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos. Análise qualitativa de sais. Reações de catiões. Classificação dos catiões em grupos; Reações de aniões. Esquema de classificação; Análise sistemática de iões. Métodos de análise gravimétrica. Gravimetria por precipitação; Precipitação em meio Homogéneo; Gravimetria de volatilização; Aplicações dos métodos gravimétricos. Métodos de análise volumétrica. Introdução; Volumetria de precipitação (curvas de titulação de precipitação; indicadores para titulações argentométricas, aplicações); Volumetria ácido‐base (indicadores ácido‐base, curvas de titulação ácido‐base, curvas de titulação para sistemas ácido‐base complexos, aplicações); Volumetria de complexação (formação de complexos, agentes complexantes inorgânicos e orgânicos; titulações com EDTA ‐ curvas de titulação, indicadores e técnicas de titulação; aplicações); Volumetria de oxidação‐redução (potencial de elétrodo e de célula; curvas de titulação redox; indicadores de oxidação‐redução; aplicações). Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir Esta unidade curricular tem por objetivo mostrar aspetos fundamentais associados aos diferentes passos de um processo analítico em Química. Descrever e fundamentar cientificamente os diferentes processos que compõem uma análise química. Propor e planificar experiências adequadas ao esclarecimento de problemas de Química Analítica. Identificar e compreender a interação da Química Analítica com outras áreas de atividade humana (análises ambientais, industriais, etc.). No final desta unidade curricular os alunos deverão ser capazes de: ‐ Descrever a natureza, objetivos e aplicações da química analítica. ‐ Reconhecer as etapas do método analítico quantitativo. ‐ Identificar as principais fontes de erro em determinações experimentais e calcular a incerteza de um parâmetro experimental. ‐ Especificar as principais etapas e procedimentos de análise química qualitativa de catiões e aniões. ‐ Determinar a concentração de analitos por métodos gravimétricos e volumétricos. 24 ‐ Interpretar curvas de titulação. Bibliografia principal ‐
D. A. Skoog, D. M. West, F. J. Holler, S. R. Crouch, Fundamentals of Analytical Chemistry, 8th ed., Thomson‐Brooks/Cole, Belmont, 2004. ‐ D.C. Harris, Quantitative Chemical Analysis, W. H. Freeman, New York, 2003. ‐ R.A. Day, A.L. Underwood, Quantitative Analysis, Prentice Hall, 6th ed, Londres, 1991. ‐ R. Kellner, J.‐M. Mermet, M. Otto, H. M. Widmen, Analytical Chemistry, Wiley‐VCH, Weinheim, 1998. ‐ M. L. Gonçalves, Métodos Instrumentais para Análise de Soluções. Análise Quantitativa, Fundação Calouste Gulbenkian, 3ª ed., Lisboa, 1996. Metodologias de ensino (avaliação incluída) A lecionação da unidade curricular é realizada em aulas teóricas e teórico‐práticas. Nas aulas teóricas serão apresentados e discutidos os conceitos referidos no programa. No início do ano letivo é fornecido aos alunos a lista da bibliografia para apoio à unidade curricular adotada. Também, dado a inexistência de um manual que trate globalmente os assuntos, é fornecido aos alunos um texto de apoio sumário que os oriente no estudo da unidade curricular. Os alunos terão ainda acesso aos sumários das aulas. As aulas teórico‐práticas, serão utilizadas para a resolução de problemas ilustrativos dos conceitos teóricos. Nas aulas é incentivado o uso da blackboard para desenvolver o ensino via e‐learning. A avaliação desta Unidade Curricular é constituída pela componente contínua e pela componente periódica, de acordo com os seguintes parâmetros: 1.Assiduidade, intervenção do aluno na discussão dos conteúdos programáticos da unidade curricular e resolução dos problemas propostos pelo docente nas aulas teórico‐práticas. 2. Resolução de questões problema nas aulas teóricas. 3. Doistestes escritos no decorrer do período letivo e em datas previamente marcadas, onde são aferidos os conhecimentos dos alunos relacionados com os conteúdos programáticos lecionados até à data de realização dos mesmos. São considerados aprovados nesta Unidade Curricular os alunos que obtenham uma classificação média ponderada, atendendo aos três pontos, de pelo menos 10 valores e com classificação mínima igual ou superior a 8 valores no ponto 3 e tenham assistido a pelo menos 2/3 das aulas efetivas. Avaliação por exame: O aluno que não tenha obtido aprovação à unidade curricular, conforme os parâmetros definidos anteriormente, poderá realizar um exame final, sendo obrigatório ter assistido a pelo menos 2/3 das aulas. 25 Unidade curricular: Métodos Espetroscópicos Docente responsável: Susana Paula Costa
Maria Isabel Pontes Correia Neves Conteúdos programáticos Capítulo 1. Princípios teóricos de espetroscopia atómica e molecular Radiação eletromagnética e sua interação com átomos e moléculas. Rotação e vibração de moléculas diatómicas. Simetria molecular. Teoria das vibrações moleculares: oscilador simples e modelo mecânico quântico. Lei de Hooke. Rotação de moléculas poliatómicas. Vibração de moléculas poliatómicas. Espetroscopia de infravermelho. Espetroscopia de Raman. Espetroscopia eletrónica. Capítulo 2‐ Espetroscopia de ultravioleta/visível Regiões do espetro: ultravioleta e visível. Cromóforos. Parâmetros dos espetros de absorção eletrónica. Diagramas de energia e transições entre orbitais moleculares. Estados singuleto e tripleto. Diagramas de estado. Regras de seleção e intensidade de transições eletrónicas. Utilização em análise estrutural. Regra de Woodward‐Fieser. Fundamentos de dispersão óptica circular. Efeito de Cotton. Capítulo 3‐ Espetroscopia de infravermelho Espetrofotómetros de IV e preparação de amostras. Modos vibracionais e noção de frequência de grupo. Análise de espectros de IV: região de grupos funcionais e de impressão digital. Ligações por pontes de hidrogénio inter e intramoleculares: influência nas frequências de vibração. Aplicações na identificação estrutural. Capítulo 4‐ Espetroscopia de ressonância magnética nuclear Princípios da RMN. Constituição dos espectrómetros de RMN. Propriedades magnéticas dos núcleos. Desvios químicos de protão e efeitos eletrónicos que o afectam; Integração e acoplamento; acoplamento spin‐spin em RMN; padrões de acoplamento e constante de acoplamento. Efeitos de proteção e desproteção dos núcleos. Interpretação de espetros de moléculas simples. Desacoplamento por dupla ressonância. Ressonância magnética nuclear de carbono‐13. O acoplamento J C‐H. Espetros DEPT. Efeito de Overhauser (NOE). Capítulo 5. Espetrometria de massa. Aspetos instrumentais. Técnicas de ionização. Mecanismos de fragmentação mais comuns. Interpretação de espetros de massa. Contribuição para a elucidação de estruturas. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir O objetivo desta unidade curricular é fornecer aos alunos um conhecimento dos fundamentos de várias técnicas espectroscópicas com utilidade na caracterização estrutural de moléculas orgânicas. No âmbito desta unidade curricular, os alunos deverão ser capazes de: ‐ reconhecer os princípios teóricos de espectroscopia molecular; ‐ explicar qualitativamente a variação do comprimento de onda da absorção com a conjugação 26 em moléculas orgânicas; ‐ explicar a origem da absorção da radiação IV em moléculas orgânicas; ‐ identificar absorções características dos grupos funcionais num espectro de IV; ‐ interpretar espectros de RMN de 1H, de 13C e bidimensionais de moléculas simples; ‐ utilizar espectros de RMN na elucidação/confirmação estrutural de moléculas orgânicas; ‐ analisar um espectro de massa em termos de abundâncias isotópicas; ‐ reconhecer fragmentos relacionados com os principais grupos funcionais; ‐ usar o conjunto das técnicas espetroscópicas na análise estrutural de compostos orgânicos. Bibliografia principal ‐ J. M. Hollas, “Modern Spectroscopy”, J. Wiley & Sons, 4ª ed., 2005. ‐ R.S. Silverstein, F.X. Webster, “Spectrometric Identification of Organic Compounds”, J. Wiley& Sons, 7ª ed., 2005. ‐ C.N. Banwell, “Fundamentals of Molecular Spectroscopy”, McGraw‐Hill Book Company (UK) Limited, 1995 ‐ P.W. Atkins, “Physical Chemistry”, Oxford University Press, 1998. ‐ V.M.S. Gil e C.F.G.C. Geraldes, “Espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear”, Fundação Calouste Gulbenkian, 2.ª Edição, Lisboa, 2002. Metodologias de ensino (avaliação incluída) A escolaridade da UC compreende horas de contacto de tipologia teórica (45h) e teórico‐
prática (15h), estando também prevista a realização de trabalho independente a ser desenvolvido tanto individualmente como em grupo. Nas aulas teóricas são apresentados e desenvolvidos os temas contemplados no programa da UC, sendo as aulas teórico‐práticas utilizadas na resolução de problemas de aplicação. Nesta UC é solicitada a participação ativa dos alunos nas diversas atividades de aprendizagem, nomeadamente no aprofundamento dos conceitos teóricos e na resolução de exercícios de aplicação. A metodologia de avaliação desta UC é constituída por testes sumativos e pela resolução de problemas integrados de caracterização estrutural de moléculas orgânicas em grupo. 27 Unidade curricular: Laboratórios de Química Orgânica e Analítica Docente responsável: António Gil da Silva Fortes
Maria Manuela da Silva Pires Silva
Conteúdos programáticos Estudo das propriedades e reatividade de compostos orgânicos (haletos de alquilo, álcoois, alquenos, alquinos, aromáticos e derivados de ácidos carboxílicos) e sua identificação utilizando técnicas espectroscópicas (UV‐Vis, IV, RMN): - Separação de três substâncias por extração líquido‐líquido com base nas suas propriedades ácido‐base - Isomerismo cis‐trans - Síntese do cloreto de t‐butilo - Algumas reações de álcoois e hidrocarbonetos - Nitração do bromobenzeno - Síntese do acetato de 3‐metil‐1‐butilo (éster isoamílico), uma esterificação pelo método de Fischer Execução de trabalhos práticos relacionados com a análise quantitativa por métodos clássicos (gravimétrica, volumétrica e potenciométrica): - Determinação do cálcio por gravimetria - Análise de uma mistura de carbonato de sódio e hidróxido de sódio - Determinação do cloro numa lixivia (oxi‐redução) - Determinação da dureza da água (complexometria) - Determinação de ião cloreto por titulação de precipitação - Determinação da acidez termodinâmica e acidez total de um sumo de fruta Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir - Aplicar técnicas de síntese de compostos orgânicos e interpretar os resultados com base na estrutura e reatividade dos materiais de partida. - Usar as técnicas espectroscópicas de IV e RMN (1H e 13C). - Interpretar dados espectroscópicos na caracterização e elucidação estrutural dos compostos orgânicos. - Identificar e aplicar os procedimentos analíticos adequados à análise química quantitativa. - Determinar a concentração de um analito a partir de métodos diretos e indiretos. - Avaliar a qualidade dos resultados analíticos recorrendo a ferramentas quimiométricas. - Aplicar boas práticas laboratoriais na preparação e aferição de soluções. Bibliografia principal - B.S. Furniss et al., "Vogel's textbook of Practical Organic Chemistry", Longman, 5º Ed., - J.R. Mohrig et al., "Experimental Organic Chemistry", W.H. Freeman and Company, (1998). - Streitwieser A., Heathcock Jr., C. H., Introduction to Organic Chemistry, 3rd ed. (Macmillan 28 Pub. Co.). - D.A. Skoog, D.M. West e F.J. Holler, Fundamentals of Analytical Chemistry, International Edition, Saunders college Publishing, 6th ed. London. - D.C. Harris, Quantitative Chemical Analysis, W. H. Freeman and company, 4th ed., 1995, New York. - O. A. Ohlweiler, Química Analítica Quantitativa, Livros Técnicos. Vol. 1, 2, 3. Brasil. Metodologias de ensino (avaliação incluída) Os trabalhos laboratoriais serão desenvolvidos em grupo. Como trabalho independente é requerido a cada aluno a preparação prévia das atividades laboratoriais, assim como a resolução de problemas propostos. A aprendizagem no contexto desta UC é centrada no desempenho dos alunos na formulação e resolução de problemas no âmbito das atividades propostas. A avaliação contemplará duas componentes: componente de avaliação contínua (laboratorial) e componente periódica (testes escritos). A avaliação contínua é efetuada com base na assiduidade, pontualidade, desempenho nas aulas e relatórios das atividades laboratoriais. 29 Unidade curricular: Química Inorgânica Docente responsável: João Paulo André
Conteúdos programáticos Capítulo 1 ‐ Introdução aos metais de transição Configurações eletrónicas dos metais dos blocos d e f; números de oxidação. Diagramas de Latimer e diagramas de Frost. Capítulo 2 ‐ Compostos de coordenação Conceito de composto de coordenação; números de coordenação e geometrias mais comuns para os compostos de coordenação dos metais do bloco d. Denticidade dos ligandos. Regras de nomenclatura. Capítulo 3 ‐ Estrutura e simetria dos complexos dos elementos do bloco d Isomerismo geométrico, ótico, de ligação, de ionização e de coordenação. Capítulo 4 ‐ Ligação química e estrutura eletrónica dos complexos Teoria do campo do cristal (caso octaédrico e tetraédrico); parâmetro de separação do campo do cristal, energia de estabilização do campo do cristal; séries espectroquímicas dos ligandos e dos metais; configuração de spin alto e de spin baixo; efeito de Jahn‐Teller e distorção tetragonal; complexos planar‐quadrados; diamagnetismo e paramagnetismo; momento magnético devido à contribuição do momento angular de spin; Teoria das orbitais moleculares: variação do carácter aceitador aceitador/dador ao longo da série espetroquímica dos ligandos; retrodoação π e sinergismo σ/π. Capítulo 5 ‐ Termodinâmica das reações de complexação Equilíbrios de coordenação; constantes de estabilidade parciais e globais; diagramas de distribuição. Efeito de quelato. Série de Irving‐Williams; catiões duros e catiões macios. Fatores estereoquímicos e eletrónicos que afetam a estabilidade dos complexos. Capítulo 6 ‐ Cinética das reações de complexação Complexos lábeis e complexos inertes; mecanismos das reações de substituição: associativo, dissociativo e de troca: Substituição em complexos planar‐quadrados: efeito trans e influência trans. Reações de oxidação‐redução dos complexos: mecanismos de esfera interna e de esfera externa. Capítulo 7 ‐ Compostos organometálicos Regra dos 18 eletrões; Compostos de carbonilos e de olefinas; frequência de absorção no IV; métodos de preparação. Capítulo 8 ‐ Espetroscopia eletrónica dos complexos Cor; tipos de bandas de absorção das transições eletrónicas e regras de seleção. Termos e estados espetroscópicos. Diagramas de Orgel e de diagramas de Tanabe‐Sugano. 30 Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir O objetivo desta unidade curricular é fornecer aos alunos um conhecimento dos fundamentos da química inorgânica com relevância para as ciências naturais. No âmbito desta unidade curricular, os alunos deverão ser capazes de: ‐ reconhecer a importância química e as aplicações biológicas, medicinais e industriais dos metais de transição e dos seus compostos de coordenação; ‐ compreender as configurações eletrónicas dos elementos de transição do bloco‐d e dos seus estados de oxidação; ‐ adquirir uma compreensão fundamental da química de coordenação e dos diferentes modos de coordenação possíveis para os metais de transição; ‐ compreender e aplicar a nomenclatura dos compostos de coordenação; ‐ reconhecer e usar os vários modelos da ligação química metal‐ligando (teoria do campo do cristal, teoria das orbitais moleculares) na interpretação de propriedades físico‐químicas dos compostos de coordenação dos metais de transição; ‐ relacionar aspetos estruturais, termodinâmicos, cinéticos e espetroscópicos dos compostos de coordenação com a configuração eletrónica do metal. Bibliografia principal ‐ D.F. Shriver, P.W. Atkins, C.H. Langford, “Inorganic Chemistry”, Oxford University Press, 5nd edition, 2010. ‐ A.M.V. Cavaleiro, “Química Inorgânica Básica”, Universidade de Aveiro, 2ª edição, 1999. ‐ G. Rayner‐Canham, “Descriptive Inorganic Chemistry”, W. H. Freeman & Company, New York, 1999. Metodologias de ensino (avaliação incluída) A escolaridade da UC compreende horas de contacto de tipologia teórica (45h) e teórico‐
prática (15h), estando também prevista a realização de trabalho independente a ser desenvolvido tanto individualmente como em grupo. Nas aulas teóricas são apresentados e desenvolvidos os temas contemplados no programa da UC, sendo as aulas teórico‐práticas utilizadas na resolução de problemas de aplicação. Nesta UC é solicitada a participação ativa dos alunos nas diversas atividades de aprendizagem, nomeadamente no aprofundamento dos conceitos teóricos e na resolução de exercícios de aplicação. A metodologia de avaliação desta UC é constituída por testes sumativos. 31 Unidade curricular: Complementos de Química Orgânica Docente responsável: Paula Margarida Vidigal Soares Teixeira Ferreira
Conteúdos programáticos Capítulo 1‐ Reações Pericíclicas Definição e tipos de reações pericíclicas. Estereoquímica das reações pericíclicas. Capítulo 2 ‐ Síntese e reatividade de compostos de boro, fósforo, silício e enxofre Estudo da síntese e da reatividade de compostos de boro, fósforo, silício e enxofre. Exemplos de aplicação. Capítulo 3 ‐ Estrutura e reatividade de compostos heteroaromáticos Nomenclatura, estrutura, propriedades e reatividade de compostos heteroaromáticos. Capítulo 4‐ Aminoácidos, péptidos e proteínas Estrutura, nomenclatura e propriedades de aminoácidos e proteínas. Síntese e reatividade de aminoácidos. A classificação de proteínas e os níveis de estruturas proteicas. Capítulo 5 ‐ Hidratos de carbono Funções biológicas, classificação, reatividade e aplicações de hidratos de carbono. Capítulo 6 – Ácidos nucleicos Nucleósidos, nucleótidos e ácidos nucleicos. DNA e RNA: estrutura e replicação do DNA. Código genético. Capítulo 7‐ Alguns conceitos de retrossíntese Desconexões e interconversão de grupos funcionais. Sintões e reagentes. Estratégias e táticas de síntese. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir Esta UC tem como objetivo fornecer aos alunos uma base sólida em conceitos teóricos e teórico‐práticos associados à estrutura, reatividade e retrossíntese de várias classes de compostos orgânicos e de moléculas biológicas assim como a discussão do mecanismo de algumas reações orgânicas. O aluno deverá ser capaz de: ‐ discutir a síntese e a reatividade de moléculas contendo heteroátomos; ‐ descrever o mecanismo de reações pericíclicas; ‐ aplicar os conceitos associados à análise retrossintética e avaliar criticamente sequências sintéticas para moléculas orgânicas; ‐ descrever a estrutura e propriedades físicas dos hidratos de carbono e relacionar com a sua função biológica; ‐ descrever a estrutura dos aminoácidos e dos ácidos nucleicos e relacionar a organização tridimensional das proteínas e DNA/RNA com a sua função biológica. Bibliografia principal 1‐ “Organic Chemistry”, T.W.G. Solomons, John Wiley & Sons, Inc., 5th Ed, 1992. 2‐ "Organic Chemistry", K.P.C. Vollhardt e N.E. Schore, Freeman, 5th Ed., 2002. 3‐ “Virtual Textbook of Organic Chemistry” – 32 http://www.cem.msu.edu/~reusch/VirtualText/intro1.htm. Metodologias de ensino (avaliação incluída) A escolaridade da UC compreende horas de contacto de tipologia teórica (45h) e teórico‐prática (15h) estando também prevista a realização de trabalho independente a ser desenvolvido individualmente. Nas aulas teóricas são apresentados e desenvolvidos os temas contemplados no programa da UC, sendo as aulas teórico‐práticas utilizadas na resolução de problemas de aplicação. Nesta UC é solicitada a participação ativa dos alunos nas diversas atividades de aprendizagem, nomeadamente na resolução de exercícios de aplicação. A metodologia de avaliação desta UC é constituída por diversos elementos de avaliação incluindo, entre outros, os testes sumativos e informação relativa ao desempenho do aluno nas aulas teórico‐práticas. 33 Unidade curricular: Química Analítica II Docente responsável: Maria Dulce da Silva Geraldo
Conteúdos programáticos Introdução aos métodos instrumentais de análise. Classificação. Métodos de calibração. Comparação com padrões; Métodos da curva de calibração, do padrão interno e da adição de solução padrão; Método dos mínimos quadrados, incertezas associados aos parâmetros da reta; Parâmetros de desempenho dos métodos. Métodos eletroquímicos. Classificação. Métodos potenciométricos (elétrodos de referência, elétrodos indicadores metálicos e de membrana; elétrodos seletivos de iões: de vidro, de membrana líquida e de membrana cristalina; medidas diretas e titulações potenciométricas); Métodos coulométricos (eficiência de corrente, coulometria a potencial e a corrente controlados); Métodos voltamétricos (perfis de potencial, voltametria linear de varrimento, polarografia e técnicas com impulsos de potencial, métodos de redissolução). Métodos espectroscópicos. Absorção molecular e atómica; Lei de Lambert‐Beer; Espectroscopia de absorção molecular (instrumentação, análise quantitativa); Espectroscopia atómica (instrumentação, atomizadores de chama, eletrotérmicos e ICP, análise quantitativa).
Métodos cromatográficos. Descrição geral; Cromatografia gasosa (instrumentação, colunas e fases estacionárias mais comuns); Cromatografia líquida de alta eficiência (Instrumentação, cromatografia de partição, de adsorção, de troca iónica e por exclusão de tamanho); Técnicas acopladas: GC‐MS e LC‐MS. Garantia de qualidade dos resultados analíticos. Validação de resultados e de métodos. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir Esta unidade curricular tem por objetivo mostrar aspetos fundamentais dos métodos instrumentais de análise, nomeadamente eletroanalíticos, espetroscópicos e cromatográficos, assim como aplicações em vários domínios. No final desta unidade curricular os alunos deverão ser capazes de ‐ Reconhecer o potencial dos métodos instrumentais de análise química qualitativa e quantitativa. ‐ Interpretar os sinais analíticos com base nos fundamentos dos diferentes métodos. ‐ Descrever os componentes e funcionamento dos equipamentos usados nos diferentes métodos de análise. ‐ Estabelecer correlações entre sinais analíticos e a concentração de analito utilizando diferentes métodos de calibração. ‐Interpretar resultados experimentais recorrendo à análise estatística das medições. ‐ Comparar resultados obtidos através de diferentes métodos instrumentais e/ ou de calibração. Bibliografia principal ‐ D. A. Skoog, D. M. West e F. J. Holler, Fundamentals of Analytical Chemistry, International 34 Edition, Saunders College Publishing, 6th ed., 1992.
‐ D. A. Skoog, F. J. Holler e T.A. Nieman, Principles of Instrumental Analysis, Saunders College Publishing, 5th ed., 1998. ‐ G. D. Christian, Analytical Chemistry, John Wiley & Sons, 4th ed. , 1986. ‐ D. C. Harris, Quantitative Chemical Analysis, W. H. Freeman and Co., New York, 5th ed, 1998.
‐ M. L. Gonçalves, Métodos Instrumentais para Análise de Soluções. Análise Quantitativa, Fundação Calouste Gulbenkian, 3ª ed., Lisboa, 1996. Metodologias de ensino (avaliação incluída) Esta UC compreende horas de contacto de tipologia teórica e teórico‐prática, estando prevista a realização de trabalho independente pelo aluno, desenvolvido tanto individualmente como em grupo. Será facultado aos alunos acompanhamento pelo docente nas sessões presenciais e através da plataforma de e‐learning. Será solicitada a participação ativa dos alunos em diversas atividades de ensino/aprendizagem, nomeadamente na resolução de exercícios de aplicação, na pesquisa e/ou aprofundamento de informação e também na elaboração de trabalhos escritos e apresentações orais de trabalhos. A avaliação da UC engloba duas componentes, uma de avaliação contínua e outra de avaliação periódica que consiste em dois testes escritos. Para a componente de avaliação contínua será considerada a assiduidade e a participação na aula, a resposta a questões efetuadas durante a aula, a resolução de exercícios de aplicação, assim como a realização e a apresentação de trabalhos versando temas abordados nas aulas teóricas. 35 Unidade curricular: Métodos de Separação Docente responsável: Ana Paula da Assunção Esteves
Ana Paula de Almada Faria de Bettencourt Estevão
Conteúdos programáticos Introdução. Aspetos gerais dos métodos de separação: importância, classificação e a escolha dos métodos de separação. Métodos de separação baseados em mudanças de fase. Destilação (Princípios; Destilação a pressão reduzida; Destilação por arrastamento de vapor; Destilação azeotrópica); Sublimação; Liofilização. Métodos de separação baseados em extrações. Princípios gerais; Extração líquido‐ líquido e sólido‐líquido; Extração por partição simples e por ligação química; Extração contínua; Extração em contracorrente; Extração em fase sólida; Extração com fluídos supercríticos. Métodos cromatográficos. Conceitos e equações básicas; Classificação; Mecanismos de separação (adsorção, partição, troca iónica, e exclusão de tamanho); Detalhes experimentais (escolha das fases estacionária e móvel e das técnicas de desenvolvimento). Métodos eletroforéticos. Princípios gerais; Detalhes experimentais e aplicações. Métodos de separação baseados em membranas. Classificação dos processos de membrana; mecanismo da separação através de membranas; Osmose e osmose inversa; Diálise e eletrodiálise. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir Esta unidade curricular tem por objetivo o desenvolvimento de competências no âmbito da purificação e separação de constituintes utilizando diferentes técnicas. No final desta unidade curricular os alunos deverão ser capazes de: ‐ Descrever os diferentes tipos de métodos de separação. ‐ Selecionar o método de separação apropriado a uma determinada situação. ‐ Discutir o âmbito e a importância dos vários métodos de separação. ‐ Aplicar diferentes técnicas na purificação compostos orgânicos. ‐ Aplicar diferentes técnicas na separação de catiões e de aniões. ‐ Aplicar métodos de extração no isolamento de constituintes de amostras naturais. 36 Bibliografia principal ‐ C. E. Meloan, Chemical Separations: principles, techniques and experiments, John Wley & Sons, Inc, New York 1999. ‐ S. Ahuja, “Chromatography and Separation Science”, Series Separation science and technology, Academic Press, 2003. Metodologias de ensino (avaliação incluída) Esta UC compreende horas de contacto de tipologia teórica e prática laboratorial, e também a realização de trabalho independente a ser desenvolvido tanto individualmente como em grupo. É facultado aos alunos o acompanhamento pelo docente nas sessões presenciais e também através da plataforma de e‐learning. É solicitada a participação ativa dos alunos nas diversas atividades de aprendizagem. Nas aulas práticas os alunos aplicam métodos de separação a diferentes amostras. A avaliação final da UC engloba duas componentes, uma de avaliação contínua e outra de avaliação periódica que consiste em dois testes escritos. Para a componente de avaliação contínua é considerada a assiduidade e a participação na aula, a resposta a questões efetuadas durante a aula, a resolução de exercícios de aplicação, a componente de prática laboratorial e também a realização, a apresentação e a discussão de trabalhos. 37 Unidade curricular: Laboratórios de Química Inorgânica e Analítica Docente responsável: João Paulo Rodrigues Fernandes André
Maria Gabriela Coutinho Soares Lema Botelho
Conteúdos programáticos Preparação e estudo de propriedades de alguns compostos inorgânicos: - Estudo de alguns complexos de Cu(II) e determinação da estequiometria do complexo Ni(II)‐EDTA - Preparação do cis‐ e do trans‐ diaquadioxalatocromato(III) de potássio - Estudo da cinética de isomerização trans‐cis - Síntese e coordenação de ligandos macrocíclicos - Síntese e caracterização de acetilacetonatos metálicos - Espetroscopia eletrónica de complexos de Ni(II) Execução de trabalhos práticos relacionados com a análise quantitativa por métodos instrumentais (potenciometria, cromatografia líquida de alta eficiência, cromatografia gasosa, espetroscopia de UV‐vis e turbidimetria): - Determinação de cloreto no sumo de tomate - Quantificação de álcoois em bebidas por cromatografia em fase gasosa - Determinação da cafeína em bebidas por cromatografia líquida de alta eficiência - Determinação espectrofotométrica do alumínio - Determinação do pKa do vermelho de metilo - Determinação do ião sulfato por turbidimetria Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir - Utilizar técnicas de preparação de compostos de coordenação. - Determinar a estequiometria de compostos de coordenação. - Analisar a conversão entre isómeros através da monitorização de espetros de UV‐vis. - Aplicar técnicas espectroscópicas na análise e caracterização de compostos de coordenação. - Utilizar a espectroscopia de RMN para verificar as diferenças entre complexos metálicos diamagnéticos e paramagnéticos. - Utilizar procedimentos analíticos na análise química qualitativa e quantitativa recorrendo a métodos instrumentais. - Efetuar determinações quantitativas recorrendo aos métodos de curva de calibração, adição de solução padrão e padrão interno. - Avaliar a qualidade dos resultados analíticos recorrendo a ferramentas quimiométricas. - Caracterizar os métodos através do seu desempenho analítico: limiares analíticos e sensibilidade. Bibliografia principal -
D. C. Harris, Quantitative Chemical Analysis, W. H. Freeman and Company, New York ( 38 1999). - G. W. Rice, Journal of Chemical Education 64 (1987) 1055 - D. T. Sawyer, W. R. Heineman, J. M. Beebe, Chemistry Experiments for Instrumental Methods, John Wiley & Sons (1984). - H. D. Burrows, M. M. Pereira, Química, síntese e estrutura – uma abordagem prática, Escolar Editora (2006) Metodologias de ensino (avaliação incluída) Os trabalhos laboratoriais serão desenvolvidos em grupo. As atividades a desenvolver nas aulas práticas e teórico‐práticas, nomeadamente o tratamento e análise de resultados requerem a preparação prévia pelo aluno como trabalho independente. Os alunos terão um papel ativo na execução experimental dos trabalhos, na formulação de questões e resolução de problemas. A avaliação contemplará duas componentes: componente de avaliação contínua (laboratorial) e componente periódica (testes escritos). A avaliação contínua é efetuada com base na assiduidade, pontualidade, desempenho nas aulas, relatórios das atividades laboratoriais e apresentação oral dos resultados das atividades laboratoriais. 39 Unidade curricular: Complementos de Química Física Docente responsável: Maria Isabel Pontes Correia Neves
Conteúdos programáticos Fenómenos de superfície Tensão superficial: magnitude, formulação termodinâmica; Capilaridade; Interfaces liquido‐
líquido e sólido‐líquido; Adsorção em sólidos; Isotérmicas de adsorção; Cinética do processo de adsorção; Catálise heterogénea: mecanismos; Aplicações a processos industriais. Eletroquímica Células eletroquímicas; Potencial de célula e energia de Gibbs, equação Nernst, potencial de elétrodo; Aplicações das determinações de potencial (determinação de constantes de equilíbrio, coeficientes de atividade); Velocidade de transferência de carga (equação de Butler‐Volmer); Polarização de concentração; Interface elétrodo‐solução: estrutura e potencial; Células eletroquímicas como fontes de energia; Corrosão. Diagramas de Pourbaix. Macromoléculas e agregados Coloides; Classificação e preparação de coloides; Estrutura e estabilidade de coloides; Dupla camada elétrica; Micelas e membranas biológicas. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir Esta unidade curricular tem por objetivo o desenvolvimento de competências no âmbito do estudo de processos eletroquímicos e fenómenos interfaciais, explorando as suas propriedades e aplicações, nomeadamente em catálise heterogénea e corrosão. No final desta unidade curricular os alunos deverão ser capazes de: ‐ Analisar as características de interfaces carregadas com base em modelos da dupla camada elétrica. ‐ Analisar o significado e limites de aplicabilidade da equação de Butler‐Volmer. ‐ descrever as propriedades das superfícies de líquidos. ‐ Explicar os modelos que descrevem os processos de adsorção. ‐ Interpretar os Diagramas de Proubaix no estudo da corrosão. ‐ Interpretar isotérmicas de adsorção. Bibliografia principal P. W. Atkins, "Physical Chemistry", Oxford University Press, 4ª Ed., Londres, (1990). R.J. Silbey, R.A. Alberty, M.G. Bawendi, "Physical Chemistry", Wiley, 4ª Ed., (2005). H.J. Butt, K. Graf, M. Kappt, "Physics and Chemistry of Interfaces", Wiley Inter Science (2004). Metodologias de ensino (avaliação incluída) Esta unidade curricular foi estruturada com uma metodologia mista de aulas teóricas e teórico‐
práticas, trabalho independente a ser desenvolvido individualmente e em grupo. Após cada aula teórica os estudantes participam em atividades teórico‐prática com tarefas específicas 40 relacionadas com o conteúdo das matérias apreendidas. Algumas destas tarefas são apresentadas como exercícios e exigem que os estudantes trabalhem em grupo ou individualmente, respondam a questões sobre as aulas teóricas e/ou analisem casos de estudo. Os conhecimentos e competências adquiridos pelos estudantes serão avaliados com base: nas respostas do grupo/individualmente às atividades das aulas teórico‐práticas; em exercícios resolvidos individualmente pelo estudante, sobre qualquer um dos vários subtópicos abordados na UC. A avaliação final é definida com base numa avaliação contínua e numa periódica. Na avaliação contínua são aferidos níveis de desempenho de competências e atitudes considerando os seguintes instrumentos de avaliação: exercícios propostos nas aulas teórico‐
práticas ou nas teóricas; apresentação de temas de aplicação dos conceitos teóricos; assiduidade, atitude e intervenção do aluno na discussão dos conteúdos programáticos da unidade curricular. O peso deste elemento de avaliação corresponde a 35% da nota final. A avaliação periódica consiste em dois testes escritos. A média dos dois testes periódicos tem de ser igual ou superior a oito valores. O peso deste elemento de avaliação corresponde a 65% da nota final. Avaliação por exame: Os alunos que não tenham obtido aprovação à unidade curricular, conforme os parâmetros definidos anteriormente, poderão realizar um exame final, sendo obrigatório ter assistido a pelo menos 2/3 das aulas teóricas e 2/3 das aulas teórico‐práticas. 41 Unidade curricular: Bioquímica Docente responsável: José Alberto Ribeiro Martins
Conteúdos programáticos ‐ Estrutura da água. Propriedades ácido‐base. A água como solvente. Interações intermoleculares. Efeito hidrófobo. Self‐assembly de moléculas anfifílicas. ‐ Estrutura dos ácidos nucleicos. Estrutura do DNA e do RNA. Sequenciação do DNA. Tecnologia do DNA recombinante. Overview dos processos de replicação, transcrição e tradução. ‐ Aminoácidos: estrutura, estrutura e propriedades das cadeias laterais, propriedades ácido‐base, ponto isoelétrico. Aminoácidos não proteinogénicos. Estrutura da ligação peptídica. ‐ Proteínas. Estrutura primária. Métodos de determinação da concentração de proteína em amostras biológicas. Propriedades físico‐químicas das proteínas. Métodos de purificação de proteínas. Sequenciação de proteínas. Estrutura secundária, terciária e quaternária das proteínas. Enrolamento e estabilidade das proteínas. ‐ Hidratos de Carbono. Estrutura e funções biológicas de monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos. Glicoproteínas em processos de reconhecimento molecular. ‐ Lípidos e Membranas biológicas. Estrutura dos lípidos. Bicamadas lipídicas. Modelo do mosaico fluido para as membranas biológicas. Proteínas de membrana: proteínas intrínsecas e extrínsecas. Transportadores membranares. ‐ Enzimas: catálise enzimática, cinética, inibição e regulação. Fatores e efeitos que determinam a eficiência catalítica das enzimas. Cinética de Michaelis‐Menten. Parâmetros cinéticos (KM e Vmax). Eficiência catalítica. Inibição competitiva, inibição não‐competitiva e inibição mista. Inibidores de enzimas como drogas em Química Medicinal. Regulação alostérica de enzimas. ‐ Overview do Metabolismo energético. Moléculas de alta energia. O ATP como moeda energética da célula. Catabolismo da glucose. Glicólise, Ciclo do Ácido Cítrico: estratégia química, estrutura dos intermediários, mecanismos das reações enzimáticas, aspetos termodinâmicos, regulação. Cadeia transportadora de eletrões e fosforilação oxidativa. Anatomia da mitocôndria. Estrutura dos complexos e fluxo de eletrões na cadeia transportadora. Estrutura da ATPase. Teoria quimiosmótica de Mitchel. Regulação da fosforilação oxidativa. Trabalhos Práticos: ‐ Visualização e análise estrutural de biomoléculas com um programa de visualização molecular (PyMol, VMD, Jmol ou outro). ‐ Métodos de quantificação de proteínas em amostras biológicas. ‐ Análise quantitativa e testes qualitativos de açúcares redutores. ‐ Separação e análise de lípidos de uma amostra biológica. ‐ Determinação dos parâmetros cinéticos para uma enzima. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir -
Reconhecer a estrutura das principais classes de moléculas biológicas 42 Relacionar a estrutura de moléculas biológicas com a sua função. Descrever os mecanismos principais da transmissão da informação genética. Explicar os princípios da catálise enzimática. Reconhecer as estratégias e os mecanismos de aquisição, armazenamento e uso de energia metabólica. - Resolver problemas práticos para aplicação e integração dos conceitos adquiridos. - Analisar criticamente e propor a resolução de problemas práticos. Bibliografia principal -
‐ D.L. Nelson & M. M. Cox, Lehninger: Principles of Biochemistry, W. H. Freeman, New York, 2005.
‐ D. Voet, J.G. Voet, C.W. Pratt, Fundamentals of Biochemistry: Life at the molecular level, 2nd ed., John wiley and Sons, Inc., 2006. ‐ A. Uzman, J. Eichberg, W. Widger, D. Voet, J.G. Voet, C.W.Pratt, Student Companion to Fundamentals of Biochemistry, John wiley and Sons, Inc., 2000. Metodologias de ensino (avaliação incluída) Aulas teóricas, teórico‐práticas e aulas práticas laboratoriais. Nesta UC é solicitado aos alunos um papel ativo nas aulas teóricas através da implementação de uma estratégia do tipo Active Learning e através da apresentação e discussão regular de trabalhos individuais ou em grupo. As aulas teórico‐práticas serão baseadas na resolução independente, individualmente e/ou em grupo, de problemas tipo. Os trabalhos laboratoriais serão desenvolvidos em grupo. Procura‐se desenvolver na componente laboratorial a capacidade de formulação de perguntas, resolução de problemas práticos, espírito crítico e iniciativa. As atividades a desenvolver nas aulas práticas, assim como o tratamento de resultados e respetiva análise, deverão ser previamente preparadas pelo aluno como trabalho independente. A avaliação contemplará duas componentes: componente de avaliação contínua e componente periódica. Serão realizados mini testes escritos regulares e haverá apresentações e discussão de trabalhos individuais e em grupo. A avaliação contínua será efetuada com base na atitude perante o processo de ensino‐aprendizagem, assiduidade e pontualidade, participação nas aulas teórico e teórico‐práticas, desempenho nas aulas práticas, organização do caderno laboratorial e relatórios das atividades práticas. 43 Unidade curricular: Laboratórios de Química Física e Orgânica Docente responsável: Maria Isabel Pontes Correia Neves
Paula Margarida Vidigal Soares Teixeira Ferreira
Conteúdos programáticos Caracterização de propriedades de superfícies e interfaces: - Propriedades de líquidos: Tensão superficial - Corrosão e proteção de metais - Adsorção de compostos orgânicos em carvão activado - Oxidação química avançada: Degradação de compostos orgânicos pelo reagente de Fenton Síntese de compostos orgânicos recorrendo a reações típicas (substituição nucleofílica aromática, substituição eletrofílica aromática, diazotação e acoplamento, Diels‐Alder, rearranjo de Beckmann de oximas, Wittig): - Síntese do alaranjado de metilo - Reação de Diels‐Alder - Estudo da estereo‐selectividade do rearranjo de Beckmann da oxima derivada da 4‐
bromo‐fenilmetilcetona - Síntese da 2,4‐dinitrofenil‐hidrazina - Preparação do E‐difenileteno (estilbeno), uma reacção de Wittig, com ileto gerado sob condições de transferência de fase. Estudos de reações de derivados de aminoácidos e açúcares: - Preparação do 1,3:4,6‐di‐O‐benzilideno‐D‐manitol. Interpretar dados espectroscópicos na caracterização e elucidação estrutural dos compostos sintetizados. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir Utilizar técnicas de caracterização de superfícies Aplicar técnicas de síntese de compostos orgânicos e interpretar os resultados com base na estrutura e reatividade dos materiais de partida. - Usar as técnicas espectroscópicas de IV e RMN (1H e 13C). - Interpretar dados espectroscópicos na caracterização e elucidação estrutural dos compostos orgânicos. Bibliografia principal -
Vollhardt K. P., Schore N. E., Organic Chemistry, 3rd ed. (Freeman & Co.). J.R. Mohrig, C.N. Hammond, T.C. Morrill, D.C. Nerckers, “Experimental Organic Chemistry” W.H. Freeman and Company”, New York, 1997. Metodologias de ensino (avaliação incluída) -
Os trabalhos laboratoriais serão desenvolvidos em grupo. 44 As atividades a desenvolver nas aulas práticas e teórico‐práticas, nomeadamente o tratamento e análise de resultados requerem a preparação prévia pelo aluno como trabalho independente. Os alunos terão um papel ativo na execução experimental dos trabalhos, na formulação de questões e resolução de problemas. A avaliação contemplará duas componentes: componente de avaliação contínua (laboratorial) e componente periódica (testes escritos). A avaliação contínua é efetuada com base na assiduidade, pontualidade, desempenho nas aulas, relatórios das atividades laboratoriais e apresentação oral dos resultados das atividades laboratoriais. 45 Unidade curricular: Química dos Produtos Naturais Docente responsável: Ana Paula da Assunção Esteves
Conteúdos programáticos Introdução aos produtos naturais. Natureza das reações biossintéticas. Terpenóides. Esteróides. Ácidos gordos e prostaglandinas. Compostos policetónicos. Alcalóides. Compostos fenólicos e corantes naturais. Vitaminas. Para cada uma das classes de compostos serão abordados os seguintes aspetos: nomenclatura, ocorrência, isolamento, deteção, biossíntese, síntese química e atividade biológica. Objetivos da unidade curricular e competências a adquirir
1. Descrever algumas classes de produtos naturais. 2. Discutir a estrutura e reatividade das principais classes de produtos naturais com interesse biológico. 3. Aplicar métodos de isolamento e purificação na separação de produtos naturais. 4. Planear a síntese de produtos naturais com base em sínteses químicas conhecidas. 5. Ilustrar a importância da análise espectroscópica na identificação de produtos naturais. Bibliografia principal ‐ S.V. Bhat, B.A. Nagasampagi, M. Sivakumar, "Chemistry of Natural Products", Springer, Berlim, 2005, ISBN 3‐540‐40669‐7. ‐ A.M. Lobo, A.M. Lourenço (Eds), "Biossíntese de produtos naturais", IST Press, Lisboa, 2007, ISBN 978‐972‐8469‐50‐4. ‐ S.P. Stanforth, "Natural product chemistry at a glance", Blackwell Publishing, Oxford, 2006, ISBN 1‐4051‐4562‐5. Metodologias de ensino (avaliação incluída) Aulas teóricas expositivas e aulas teórico‐práticas de resolução de exercícios. Os alunos têm uma participação ativa nas atividades de ensino aprendizagem. Cada grupo de 2 alunos analisa criticamente um artigo científico subordinado a um tema específico relativo a produtos naturais e faz a apresentação oral do trabalho desenvolvido, recorrendo a tecnologias de multimédia. Cada um dos grupos faz pesquisa bibliográfica, desenvolve e elabora uma monografia sobre uma das classes estudada. No final do semestre é feita a apresentação oral do trabalho. A metodologia de avaliação engloba avaliação contínua (50%) (assiduidade e pontualidade; participação na aula e execução de tarefas; apresentação e interpretação do artigo científico; monografia escrita e apresentação oral) e avaliação periódica (50%) (2 testes escritos sumativos). Os alunos que não tenham obtido aprovação à unidade curricular por frequência poderão realizar o exame final, desde que tenham assistido a pelo menos 2/3 das aulas. 46 Unidade curricular: Introdução à Química Medicinal Docente responsável: Alice Maria Esteves Dias
Conteúdos programáticos Introdução histórica. Estratégias usadas na descoberta de novos fármacos. Mecanismos de ação de fármacos: interação fármaco‐recetor, inibição enzimática. Estudo de alguns grupos farmacológicos mais relevantes. Estudos de casos de desenvolvimento de fármacos. Objetivos da unidade curricular e competências a adquirir Objetivos: Conhecer as etapas de um programa de descoberta e desenvolvimento de fármacos. Identificar as estratégias usadas na descoberta e desenvolvimento de fármacos. Entender o mecanismo de ação de fármacos. Estudo de alguns grupos de fármacos. Competências a adquirir: ‐ Compreender como o conhecimento dos processos biológicos está na base do desenvolvimento racional de fármacos. ‐ Compreender os processos de identificação e otimização de compostos com potencial farmacológico. ‐ Reconhecer a importância das relações estrutura‐atividade no desenvolvimento de novos fármacos. ‐ Relacionar o potencial de aplicação terapêutica e de diagnóstico clínico dos elementos químicos com as suas propriedades físico‐químicas. ‐ Aplicar os conhecimentos a estudos de casos de desenvolvimento de fármacos. Bibliografia principal ‐
R. B. Silverman, “The Organic Chemistry of Drug Design and Drug Action”, Elsevier Academic Press, INC., New York, 2ª Edição, 2004. ‐ E. Raviña, “The evolution of Drug Discovery”, Wiley. ‐ E. J. Corey, Barbara Czakó, László Kürt, “Molecules and Medicine”, Wiley, 2007. Metodologias de ensino (avaliação incluída) Aulas expositivas e análise de textos bibliográficos essenciais para completar a matéria exposta. Estudos de caso com participação ativa dos alunos. 47 Unidade curricular: Introdução à Química Alimentar Docente responsável: Lígia Lourdes Miranda Marona Rodrigues
Conteúdos programáticos Estrutura e propriedades dos componentes dos alimentos. Reações químicas durante o processamento, armazenagem e utilização dos alimentos. I‐Química dos alimentos Componentes dos alimentos:1‐ Água. 2‐ Aminoácidos péptidos e proteínas. 3‐ Lípidos. 4‐ Hidratos de carbono.5‐ Vitaminas II‐A cor dos alimentos III‐Aditivos alimentares Outros tópicos desenvolvidos nas aulas teóricas e teórico‐práticas ‐Alimentos funcionais ‐Pesquisa, e apresentação escrita e oral de temas da Química Alimentar: A Química do(s)/da(s): 1. Azeite; 2. Alho e da cebola ; 3. Café; 4. Chá; 5. Chocolate; 6. Cerveja; 7. Vinho; 8. Leite; 9. Queijo; 10. Ovos; 11. Carne; 12. Cereais; 13. Legumes; 14. Vegetais; 15. Frutos; 16. Especiarias. Objetivos da unidade curricular e competências a adquirir
Familiarizar os estudantes com a composição básica, estrutura e propriedades dos alimentos, bem como as alterações químicas ou interações que ocorrem durante o processamento, manuseamento e armazenagem dos alimentos. Dar a conhecer a vasta gama de aditivos no que respeita à sua estrutura e função. Após completar a unidade curricular o estudante é capaz de: Conhecer a estrutura dos constituintes dos alimentos; Explicar a química dos constituintes dos alimentos, incluindo as suas propriedades e reações; Compreender as alterações químicas que ocorrem durante o processamento e armazenagem;
Reconhecer reações e mecanismos importantes na química dos alimentos;
Explicar a função e a química de aditivos dos alimentos. Bibliografia principal P. Coulate, Food: The Chemistry of Its Components, 2008, RSC. H.D. Belitz, W. Grosch, Peter Schieberle, Food chemistry, 2004 Springer‐Verlag. Metodologias de ensino (avaliação incluída) As metodologias de ensino contemplam aulas teóricas expositivas e de discussão dos assuntos tratados, aulas teórico‐práticas onde se realiza a pesquisa, orientação e discussão dos vários temas. Os estudantes desenvolvem trabalho em grupo na preparação dos seus temas (distribuídos no começo do semestre). A apresentação/discussão dos temas é feita em aulas teóricas. O tema de alimentos funcionais é dado por um professor convidado. Far‐se‐á avaliação contínua (assiduidade, observação de atitudes e de comportamentos; trabalho em grupo ‐ escrito e oral) e avaliação periódica (dois testes escritos). Nas apresentações orais será avaliada a capacidade de comunicar dos estudantes. 48 Unidade curricular: Química Verde Docente responsável: Maria do Sameiro Torres Gonçalves
Conteúdos programáticos 1. Princípios e conceitos de Química Verde (QV). 1.1. Aspetos históricos, conceito e os doze princípios da QV. 1.2. Métricas de massa da QV – a produtividade atómica; métricas de produtividade atómica; eficiência de uma reação/economia atómica; economia atómica em reações de rearranjo, adição e eliminação. 2. O uso de solventes não poluentes na indústria química. 2.1. Sistemas livres de solventes. 2.2. Fluidos supercríticos: propriedades e aplicações. 2.3. A água como solvente: vantagens, desvantagens e exemplos de reações em água. 2.4. Líquidos iónicos: propriedades e aplicações. 2.5. Solventes organofluorados: propriedades e exemplos de reações. 3. Novas tecnologias. 3.1. Reações fotoquímicas. 3.1.1 Introdução: critérios essenciais, importância e considerações práticas. 3.1.2. Reações características de alcenos e alcinos, compostos aromáticos, compostos carbonílicos, ácidos carboxílicos, ésteres, compostos de azoto, enxofre e halogenados. Fotossensibilizadores, fotoiniciadores e fotocatalisadores. 3.1.3. Grupos protetores fotocliváveis. 3.2. Reações eletroquímicas. 3.2.1. Introdução: conceitos gerais, algumas técnicas importantes em eletroquímica orgânica (voltametria cíclica e eletrólise), equipamento eletroquímico. 3.2.2. Mecanismos de algumas reações eletroquímicas. 3.2.3. Grupos protetores cliváveis por redução. 3.3. Reações usando ultrassons. 3.3.1. Introdução: conceitos gerais, marcos históricos, aplicações do ultrassom, sonoquímica, cavitação. 3.3.2. Equipamento de laboratório. 3.3.3. Reações sonoquímicas. 3.3.4. Uso de ultrassons com líquidos iónicos e com micro‐ondas. 3.4. Reações usando microoondas. 3.4.1. Introdução: conceitos gerais, marcos históricos, efeito de micro‐ondas nas reações. 3.4.2. Equipamentos de micro‐
ondas. 3.4.3. Uso de micro‐ondas em diferentes reações químicas. 4. Fontes de energia alternativa. 4.1. Recursos naturais. 4.2. Fontes de energia não‐renováveis e renováveis. 4.3. Energia a partir da biomassa. 4.4. Produtos químicos a partir de matérias‐primas renováveis. Objetivos da unidade curricular e competências a adquirir - Reconhecer os princípios fundamentais da Química Verde. - Discutir o uso de solventes não poluentes em processos de síntese. - Avaliar o uso de novas tecnologias em processos de síntese. - Aplicar os conceitos adquiridos no planeamento de métodos de síntese não poluentes. - Avaliar os benefícios ambientais da utilização de fontes de energia alternativa. - Aplicar os conhecimentos a estudos de caso. 49 Bibliografia principal - M. Lancaster, Green Chemistry: an Introductory Text, RSC paperbacks, Londres, 2002. - P. Tundo, A. Perosa, F. Zecchini, Methods and Reagents for Green Chemistry, John Wiley & Sons, Inc., New Jersey, 2007. - D. Bogdal, Microwave‐assisted Organic Synthesis: One Hundred Reaction Procedures, J.‐E. Backvall, J.E. Baldwin, R.M. Williams (Eds), Elsevier, Londres, 2005. - P. Klán, J. Wirz, Photochemistry of Organic Compounds: From Concepts to Practice, Wiley‐
Blackwell, 2009. Metodologias de ensino (avaliação incluída) A participação ativa dos alunos é solicitada em diversas atividades de aprendizagem, no contexto quer de aulas práticas e teórico‐práticas quer de trabalho independente, nomeadamente na: - resolução de problemas de aplicação/consolidação dos conteúdos abordados, alguns dos quais constam de fichas de trabalho elaboradas para os diferentes conteúdos da UC; - pesquisa e/ou aprofundamento de informação para discussão na sala de aula (tarefas); - elaboração de trabalhos escritos em grupo e apresentação oral com recurso a tecnologias multimédia, de modo a proporcionarem a aplicação e integração dos conhecimentos abordados nas aulas presenciais. A avaliação contemplará duas componentes: componente de avaliação contínua e componente periódica (testes escritos). A avaliação contínua é efetuada com base na observação de atitudes e de comportamentos; tarefas (diversas); trabalho em grupo (escrito e oral); problemas práticos. 50 Unidade curricular: Química Analítica Ambiental Docente responsável: Ana Paula de Almada Faria de Bettencourt Estevão Conteúdos programáticos 1. A química analítica no estudo do meio ambiente Poluentes e contaminantes; transporte de poluentes; monitorização e controlo ambiental; exemplos de problemas ambientais. 2. Estratégias para o controlo da qualidade ambiental Monitorização ambiental, legislação de controlo e prevenção de poluição; considerações gerais sobre amostragem e métodos de análise. 3. Níveis de segurança Risco ambiental; testes de toxicidade; avaliação de riscos ambientais. 4. Análise de águas Características e fontes de poluição das águas naturais; amostragem, armazenamento e preservação das amostras; métodos de análise mais utilizados; avaliação da qualidade da água; métodos de tratamento de águas. 5. Análise de solos Constituição do solo e fontes de contaminação; amostragem e armazenamento das amostras de solos; preparação da amostra para análise; métodos de análise de solos; aterros sanitários. 6. Análise do ar Constituição da atmosfera; emissões gasosas e qualidade do ar; amostragem e preparação da amostra; métodos de análise de gases e de partículas em suspensão; avaliação da qualidade do ar. 7. Controlo e garantia de qualidade das medidas Avaliação da qualidade de um resultado; parâmetros de controlo de qualidade. Objetivos da unidade curricular e competências a adquirir O objetivo desta unidade curricular é dar a conhecer aos alunos alguns aspetos da química ambiental, nomeadamente da química da atmosfera, da água e dos solos, com especial incidência na área da análise química. Pretende‐se que o aluno aplique à analise de amostras ambientais os conhecimentos que adquiriu nas UCs de química analítica frequentadas anteriormente. Após frequentarem esta UC os alunos devem ser capazes de: ‐ Reconhecer o papel da química analítica no controlo da qualidade do ambiente. ‐ Identificar as diferentes fontes de contaminantes/poluentes no ar, no solo, nos sedimentos e na água. ‐ Reconhecer que a amostragem, o tratamento e a preservação das amostras são etapas determinantes e essenciais para a obtenção de resultados fiáveis. ‐ Indicar métodos para análise química de componentes maioritários, minoritários e vestigiais em águas, solos e na atmosfera. 51 ‐ Selecionar o(s) método(s) mais adequados para a análise dos vários tipos de amostras ambientais. ‐ Avaliar a conformidade dos resultados analíticos com a legislação aplicável. Bibliografia principal ‐ R.N. Reeve, “Introduction to Environmental Analysis”, John Wiley & Sons, 2002. ‐ F.M. Dunnivant, E. Anders, “A basic introduction to pollutant fate and transport: an integrated approach with chemistry, modeling, risk assessment, and environmental legislation,” John Wiley & Sons, 2006 (e‐book). ‐ J.R. Dean, “Methods for environmental trace analysis”, John Wiley & Sons, 2003 (e‐book). ‐ R.M. Harrison, “Understanding our environment: an introduction to environmental chemistry and pollution”, 3rd ed., Royal Society of Chemistry, 1999. ‐ S.E. Manahan, “Environmental chemistry”, 7th ed, Lewis Publishers, 2000. ‐ C. Baird, M. Cann, “Environmental chemistry”, W.H. Freeman, 4th ed., 2008. ‐ R.A. Hites, “Elements of environmental chemistry”, John Wiley & Sons, 2007 (e‐book). Metodologias de ensino (avaliação incluída) Esta unidade Curricular compreende horas de contacto de tipologia teórica e teórico‐prática, estando também prevista a realização, pelos alunos, de trabalho independente a ser desenvolvido tanto individualmente como em grupo. Será facultado aos alunos o acompanhamento pelo docente nas sessões presenciais e também através da plataforma de e‐
learning. As aulas teórico‐práticas serão essencialmente utilizadas como complemento da aprendizagem sendo dedicadas à resolução de exercícios e análise de alguns “estudos de caso”. Será solicitada a participação ativa dos alunos em diversas atividades de ensino/aprendizagem, nomeadamente na resolução de exercícios de aplicação; na pesquisa e/ou aprofundamento de informação e na elaboração de trabalhos escritos e apresentações orais de trabalhos. A avaliação da UC engloba duas componentes, uma de avaliação contínua e outra de avaliação periódica (que consiste em dois testes escritos). Para a componente de avaliação contínua será considerada a assiduidade e a participação na aula, a resposta a questões efetuadas durante a aula, a resolução de exercícios de aplicação, e também a realização, a apresentação e a discussão de trabalhos. 52 Unidade curricular: Eletroquímica Aplicada Docente responsável: Michael John Smith
Conteúdos programáticos A crise energética. Fontes de energia e gestão energética. Conceitos de eletroquímica. Armazenamento e conversão eficiente de energia. Energia portátil ‐ células primárias e secundárias comerciais. Células de combustível ‐ a economia de hidrogénio e a produção sustentável de hidrogénio. Distribuição e Armazenamento de hidrogénio. Biomassa e células de combustível microbianas. A economia de carbono. Combustíveis alternativos ‐ metanol, etanol e outros álcoois. Matéria‐prima para biocombustíveis diesel. Objetivos da unidade curricular e competências a adquirir
Descrever a contribuição que o uso de baterias “load‐levelling” pode fazer na boa gestão de energia elétrica. Descrever e comparar o funcionamento de células galvânicas, células de combustível e células microbianas. Analisar as vantagens e dificuldades ainda a superar na substituição da economia de carbono pela economia de hidrogénio. Discutir o impacto atual e futuro de células comerciais no ambiente e as consequências da economia de carbono. Bibliografia principal 1. Gilbert, T.R., Kiss, R.V., Davies, G. Chemistry the science in context, Norton Publ.. New York (2004). 2. Rand, D.A.J., Dell R.M., Hydrogen energy; challenges and prospects, RSC Energy Series London (2007). 3. Smith, M.J., Química e Energia, texto de apoio, Univ. Minho (2010). 4. Dell, R.M., Rand, D.A.J., Connor, P., Bailey, R.D., Understanding Batteries, RSC Paperbacks, London (2001). 5. Vincent, C.A., Scrosati, B., Modern Batteries, Butterworth‐Heinemann, London (1997). Metodologias de ensino (avaliação incluída)
A metodologia de avaliação desta UC é constituída por dois testes sumativos (60%) a realizar em datas marcadas durante o semestre, seis fichas de avaliação em aula teórico prática (30%) e um miniprojecto apresentado na forma de uma monografia (10%). 53 Unidade curricular: Eletroanálise Docente responsável: Ana Paula de Almada Faria de Bettencourt Estevão Conteúdos programáticos 1. Conceitos Fundamentais 2. Métodos cronoamperométricos 3. Métodos voltamétricos 3.1 Polarografia clássica 3.2 Voltametria de varrimento linear e voltametria cíclica 3.3 Métodos voltamétricos com impulsos de potencial 3.4 Métodos voltamétricos com pré‐concentração 4. Métodos coulométricos (coulometria a corrente e a potencial constante) 5. Sensores eletroquímicos 5.1 Aplicações em análises ambientais, alimentares e clínicas 5.2 Sensores potenciométricos e sensores voltamétricos/amperométricos 5.3 Modificação de superfícies e imobilização de componentes biológicos 5.4 Caracterização da resposta de sensores. Parâmetros de desempenho dos sensores. Objetivos da unidade curricular e competências a adquirir
Esta UC tem como objetivo dar a conhecer aos alunos os métodos eletroquímicos mais utilizados para fins analíticos, assim como os conceitos fundamentais subjacentes. Pretende‐se que o aluno adquira conhecimentos das diferentes técnicas eletroquímicas de modo a ser capaz de escolher o método mais adequado para uma análise. Esta UC tem também como objetivo apresentar os princípios básicos de funcionamento dos sensores eletroquímicos e as suas aplicações, incluindo exemplos específicos de sensores disponíveis no mercado. Pretende‐se ainda que os alunos conheçam e compreendam o modo de funcionamento dos sensores eletroquímicos, quais os aspetos que limitam a sua utilização em análise e sejam ainda capazes de selecionar o sensor mais conveniente para uma aplicação específica. Após frequentarem esta UC os alunos devem ser capazes de: ‐ Reconhecer os princípios dos processos de transporte de massa e de transferência de carga ‐ Descrever os métodos e a instrumentação mais utilizados em eletroanálise ‐ Aplicar as teorias adequadas à interpretação de dados voltamétricos ‐ Selecionar a técnica eletroquímica mais adequada a uma análise ‐ Reconhecer a constituição de sensores e biossensores eletroquímicos ‐ Caracterizar o funcionamento de um sensor a partir da análise dos seus parâmetros de desempenho Bibliografia principal ‐ J. Wang, “Analytical Electrochemistry”, 3rd edition, John Wiley and Sons, 2006. 54 ‐ P. Monk, “Fundamentals of Electroanalytical Chemistry”, John Wiley and Sons, 2001 (e‐book). ‐ A.J. Bard, L.R. Faulkner, “Electrochemical Methods, Fundamentals and Applications”, 2nd Edition, John Wiley and Sons, 2001. ‐ D. Pletcher, R. Greff, R. Peat, L. M. Peter, J. Robinson, “Instrumental Methods in Electrochemistry”, Ellis Horwood, 2002. ‐ B.R. Eggins, Chemical Sensors and Biosensors, John Wiley and Sons, 2002 (e‐book). ‐ P. Grundler, “Chemical Sensors, An Introduction for Scientists and Engineers”, Springer‐Verlag, 2007. Metodologias de ensino (avaliação incluída) Esta UC compreende horas de contacto de tipologia teórica e teórico‐prática, estando prevista a realização de trabalho independente pelo aluno, desenvolvido tanto individualmente como em grupo. Será facultado aos alunos acompanhamento pelo docente nas sessões presenciais e através da plataforma de e‐learning. Será solicitada a participação ativa dos alunos em diversas atividades de ensino/aprendizagem, nomeadamente na resolução de exercícios de aplicação, na pesquisa e/ou aprofundamento de informação e também na elaboração de trabalhos escritos e apresentações orais de trabalhos. A avaliação da UC engloba duas componentes, uma de avaliação contínua e outra de avaliação periódica que consiste em dois testes escritos. Para a componente de avaliação contínua será considerada a assiduidade e a participação na aula, a resposta a questões efetuadas durante a aula, a resolução de exercícios de aplicação, assim como a realização e a apresentação de trabalhos versando temas abordados nas aulas teóricas. 55 Unidade curricular: Projeto Individual Docente responsável: Maria de Fátima Malveiro Bento (Diretora de Curso) Conteúdos programáticos O desenvolvimento do projeto individual pode ocorrer em ambiente académico ou industrial, dependendo do perfil do aluno e da sua intenção de seguir para um segundo ciclo de formação. Os alunos realizarão um trabalho de projeto, de natureza eminentemente prática / laboratorial que promova quer a aquisição de conhecimentos em áreas científicas e tecnológicas diversas (de acordo com a natureza do projeto) quer o desenvolvimento da capacidade de resolução de problemas relacionados com a sua área de estudo. Deverá ser fomentada a realização autónoma de pesquisa e aprofundamento de conhecimentos, indispensáveis para a promoção da capacidade de aprendizagem ao longo da vida. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir Pretende‐se promover aprendizagens relevantes para o desempenho profissional e/ou académico de um Químico de modo a facilitar a sua inserção no mercado de trabalho ou na prossecução de estudos de ciclo superior em Química ou em áreas afins. Assim, deverão ser: i) Aprofundados conceitos, princípios e teorias; ii) Desenvolvidas capacidades para aplicar esse conhecimento e compreensão à resolução de problemas; iii) Adquiridas competências de carácter prático associadas ao desempenho de um Químico num laboratório (síntese e análise química, segurança laboratorial, entre outros); iv) Desenvolvidas competências transversais, nomeadamente capacidade de comunicação oral e escrita, de numeracia e de cálculo, de utilização de tecnologias de informação e de trabalho em grupo. Como resultado das aprendizagens, os alunos deverão ter desenvolvido as seguintes competências: - Adaptar‐se a novas situações em ambiente profissionalizante. - Aplicar conceitos, princípios e teorias no desenvolvimento do projeto. - Recolher e gerir informação necessária à análise e resolução de problemas reais. - Elaborar um relatório final. - Apresentar e argumentar as estratégias desenvolvidas e os resultados obtidos utilizando tecnologias de informação. Bibliografia principal A bibliografia depende do tema a investigar. Metodologias de ensino (avaliação incluída) Esta UC mobiliza e aprofunda conhecimentos adquiridos durante o ciclo de estudos com vista à realização autónoma de pesquisa, aprofundamento de conhecimentos e o desenvolvimento de competências de investigação / resolução de problemas em contexto profissionalizante. O trabalho de projeto a desenvolver, sendo supervisionado, deverá centrar‐se no desempenho do aluno e nas suas aprendizagens. Para esta UC são propostas um total de 504 horas de trabalho, das quais 180 horas de deverão corresponder a práticas laboratoriais. A classificação final da UC será atribuída com base no desempenho do aluno na pesquisa bibliográfica, na realização do trabalho experimental, na elaboração do relatório escrito, na apresentação e discussão pública do trabalho desenvolvido. 56 57 Unidade curricular: Eletromagnetismo Docente responsável: Luís Manuel Gomes Vieira Conteúdos programáticos : 1.) Electrostática: campo e potencial eléctricos Campos escalares e campos vectoriais. Lei de Coulomb. Campo eléctrico, potencial eléctrico e energia de uma distribuição discreta de cargas estáticas. Distribuições contínuas de carga com simetria suficiente para ser tratável por Gauss. Circulação do campo. Dipolo eléctrico. 2.) Lei de Gauss da electrostática Fluxo de um campo electrostático. Lei de Gauss da electrostática na forma integral. Condições fronteira em electrostática. Condutores na electrostática. Capacidade e dieléctricos. 3.) Corrente eléctrica e circuitos de corrente contínua. Corrente eléctrica. Lei de Ohm. Efeito Joule. Força electromotriz. Circuitos de corrente contínua. Regras de Kirchhoff. Circuito RC: carga e descarga do condensador. 4.) Magnetostática Campo magnético. Força de Lorentz. Dipolo magnético. Lei de Biot‐Savart. Campo magnético sobre o eixo de uma espira circular. Interacção entre dois elementos de corrente. Lei de Ampère na forma integral. Campo magnético no interior de bobinas. 5.) Campo electromagnético variável Lei de indução de Faraday na forma integral. Regra de Lenz. Corrente de deslocamento e Lei de Maxwell‐Ampère. Equações de Maxwell na forma integral. Indutância e energia magnética. Indução mútua e auto‐indução. Oscilações em circuitos LC e RLC. Circuitos de corrente alternada. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir: O objectivo fundamental desta unidade curricular é fornecer as ferramentas que permitam compreender as equações de Maxwell: explicar o seu significado físico, os argumentos e passos lógicos que permitem chegar a estas equações e utilizá‐las para resolver problemas. Pretende‐se que os estudantes apreendam o eletromagnetismo como uma teoria unificadora da eletricidade, do magnetismo e das ondas eletromagnéticas e que sejam capazes de descrever o princípio de funcionamento de alguns aparelhos eletromagnéticos. Bibliografia principal: A) Notas do curso 8.02T ‐ Electricity and Magnetism, MIT OpenCourseWare, 2005 B) R. A. Serway and J. Jewett, Physics for Scientists and Engineers, Brooks/Cole. Metodologias de ensino (avaliação incluída): Nas aulas teóricas descrevem‐se as experiências e expõem‐se os princípios que estão na base do electromagnetismo, expõem‐se os passos lógicos que permitem chegar às equações fundamentais do electromagnetismo e dão‐se exemplos de aplicação dessas equações. Por vezes fazem‐se demonstrações experimentais para ilustrar os fenómenos físicos abordados. Sempre que é necessário realizar um cálculo demorado cujo detalhe não é possível de seguir em 58 tempo útil durante a aula, fornecem‐se textos de apoio ou referências específicas da bibliografia onde o cálculo é minuciosamente realizado. Nas aulas teórico‐práticas resolvem‐se problemas de aplicação dos assuntos abordados nas aulas teóricas. A avaliação baseia‐se nos seguintes intrumentos: ‐ resolução de problemas nas aulas teórico‐práticas; ‐ resolução, fora das aulas, de exercícios ao longo do semestre lectivo; ‐ três testes escritos distribuídos ao longo do semestre lectivo; ‐ exame de recurso (para os alunos que não tenham sucesso na avaliação realizada ao longo do semestre letivo). 59 Unidade curricular: Laboratório de Mecânica Newtoniana Docente responsável: Francisco José Machado de Macedo Conteúdos programáticos: 1.) Análise estatística do movimento de um pêndulo 2.) Oscilações forçadas de um pêndulo 3.) Movimento oscilatório amortecido 4.) Determinação da massa eficaz de uma mola 5.) Ondas estacionárias (corda vibrante, tubo de Kundt a coluna de água) 6.) Colisões de partículas 7.) Máquina de Atwood 8.) Determinação do momento de inércia de sólidos simples e verificação do teorema de Steiner Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir: Ilustrar, do ponto de vista da física experimental, os conceitos físicos subjacentes à UC. Estimular a montagem e execução de experiências de mecânica e ondas. Proporcionar o acesso e utilização de ferramentas e métodos matemáticos e computacionais no tratamento e análise de resultados experimentais. Organizar e comunicar resultados experimentais. Organizar e apresentar um trabalho científico.
Seleccionar informação relevante da literatura científica e técnica para resolver problemas experimentais. Montar e executar experiências para estudar fenómenos de mecânica newtoniana e ondas transversais unidimensionais. Modelar e simular através do uso do computador os fenómenos físicos de mecânica newtoniana e ondas transversais unidimensionais estudados experimentalmente. Analisar e interpretar resultados experimentais com o uso apropriado de métodos estatísticos. Comunicar informação científica e técnica através de apresentações orais e escritas. Integrar‐se e trabalhar em pequenos grupos. Bibliografia principal: Departamento de Física, Protocolos dos trabalhos práticos e notas suplementares. J. R. Taylor, An introduction to Error Analysis , University Science Books (1977). D. W. Preston and E. R. Dietz, The art of Experimental Physics (John Wiley). R. A. Serway, Physics for Scientists and engineers with modern physics , Saunders College Publishing (1996). M. C. Abreu, L. Matias, L. F. Peralta, Física Experimental: Uma Introdução, Editorial Presença (1994). P. R. Bevington, D. K. Robinson, Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences, McGraw‐Hill (2003). 60 Metodologias de ensino (avaliação incluída): Nas aulas desta UC é proposta aos alunos a execução de uma experiência, antecedida ou não da montagem parcial da mesma. É controlada a execução correcta das experiências propostas sendo, quando necessário, acrescentada informação à que consta dos protocolos. É promovida a autonomia e a capacidade de encontrar soluções perante problemas experimentais. É estimulada a discussão dos resultados obtidos, sendo explorados sempre que possível, os aspectos mais polémicos ou potencialmente incorrectos associados. 1. Componentes da avaliação. A. Preparação e execução dos trabalhos experimentais. B. Relatórios de três dos trabalhos realizados (em grupo). C. Apresentação oral de um trabalho experimental. D. Prova escrita. 2. Admissão a exame. Serão admitidos a exame os alunos que obtenham em A, B e C uma classificação não inferior a 8 valores tendo obtido em D uma classificação inferior a 8 valores. 3. Ponderação. As componentes da avaliação terão a seguinte ponderação no cálculo da classificação final: A (10%) B (25%) C (20%) D (45%) Serão aprovados os estudantes com classificação final maior ou igual a 10 valores. 61 Unidade curricular: Física Quântica I Docente responsável: José Carlos Viana Gomes Conteúdos programáticos: 1.) Equação de Schrödinger: Motivação para a equação de Schrödinger usando ondas planas. Interpretação probabilística da função de onda no espaço real e no espaço dos momentos. 2.) Problemas unidimensionais: estados ligados e de espalhamento Solução de vários problemas unidimensionais, quer determinando estados ligados quer determinando probabilidades de transmissão: poços de potencial rectangulares, potenciais representados funções delta de Dirac, oscilador harmónico. 3.) Formalismo geral da mecânica quântica: Espaços de Hilbert. Operadores Hermíticos e observáveis. Princípio de sobreposição. Notação de Dirac. 4.) Equação de Schrödinger em duas e três dimensões: Escrita da equação de Schrödinger em coordenadas cilíndricas e esféricas. Momento angular em duas e três dimensões. Solução do oscilador harmónico bidimensional e do átomo de hidrogénio. 5.) Spin e adição de momento angular: Matrizes de Pauli. Sistemas a dois níveis. Adição de dois spins ½ e de um spin ½ com um spin 1. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir: Apresentar aos alunos fenómenos não explicáveis usando paradigmas clássicos e introduzir a interpretação quântica dos mesmos, tornando‐a familiar através da discussão de resultados experimentais; discutir criticamente o conjunto de postulados da mecânica quântica e a sua validação experimental. Calcular efeitos quânticos simples de propagação, interferência e difracção em sistemas 1D,fazendo o contraponto entre estados ligados e de espalhamento (espectros discretos/contínuos), partículas livres e confinadas por potenciais infinitos/suaves, insistindo na comparação com as respectivas interpretações clássica. Estudar os importantes modelos quânticos do oscilador harmónico (o espectro, as funções de onda e os operadores de escada e sua álgebra) e do átomo de hidrogénio, introduzindo a teoria de momento angular e a ideia de spin. Pretende‐se que os alunos adquiram competências de cálculo usando a notação de Dirac e entendam a sua relação com a representação matricial da mecânica quântica. Bibliografia principal: A) David J. Griffiths, Introduction to Quantum Mechanics, 2ª edição, Person, 2005. B) Stephan Gasiorowicz, Quantum Physics, 3ª edição, Wiley, 2003. C) C. Cohen‐Tannoudji, B. Diu e F. Laloë, Quantum Mechanics Vol 1, Wiley, Hermann 1977 Metodologias de ensino (avaliação incluída): Exposição da matéria com recurso à escrita no quadro, intercalando a descrição de resultados experimentais, o enunciação de resultados teóricos e resolução de alguns problemas 62 exemplares. Sempre que se ajuizar pertinente, a visualização de diapositivos ou filmes onde se mostram realizações e/ou resultados experimentais. Para melhor interpretação dos resultados analíticos e dos modelos adoptados ao estudo dos fenómenos, usar‐se‐á também a projecção de representações gráficas e de simulações computacionais, usando para o efeito software matemático dedicado. O incentivo ao estudo aturado da bilbiografia recomendada por parte dos alunos e à resolução dos problemas nela propostos ou outros que requeiram a consulta de outros textos e de pesquisa autónoma. A avaliação da frequência desta UC baseia‐se média aritmética das classificações obtidas em dois teste e da nota global de um conjunto de 6 fichas de problemas (de resolução individual fora das aulas), propostos ao longo do semestre. 63 Unidade curricular: Ótica Docente responsável: Eduardo Jorge Nunes‐Pereira Conteúdos programáticos: 1.) Óptica geométrica paraxial. Refracção, reflexão, fibras ópticas. Superfícies esféricas refractoras, lentes delgadas e instrumentos ópticos (telescópio, microscópio, câmara fotográfica). 2.) Teoria eletromagnética e polarização. Maxwell, equação de onda, fluxo. Reflexão, refracção e Fresnel. Absorção e dispersão. Filtros de interferência. Radiação polarizada: bases ortogonais, dicroismo, reflexão, birrefringência, actividade óptica. Placas de 1/2 e 1/4 de onda. Leitores CD/DVD, LCD, 3D com óculos passivos e activos. 3.) Interferência. Principio de sobreposição, Young e Michelson. Coerência (temporal e lateral) e pacotes de ondas. Interferometria (Michelson, Mach‐Zender, Sagnac, Fabry‐Perot). 4.) Difracção. Huygens‐Fresnel. Fraunhofer: fenda, múltiplas fendas idênticas, abertura rectangular e circular. Babinet. Redes de difracção e espectrómetros. Fresnel. 5.) Óptica de Fourier. Análise de Fourier: difracção e convolução. Coerência e correlações. Formação de imagem e transformações espaciais. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir: O objectivo da UC é fornecer uma formação de base sólida em óptica clássica, de nível correspondente ao padrão de formação em universidades internacionais de referência, para cursos de física. Competências a adquirir: 1.) Óptica geométrica paraxial: compreender a definição de sistema óptico e aplicar a formulação paraxial a lentes e instrumentos ópticos. 2.) Teoria electromagnética e polarização: saber descrever a produção e transformação de diferentes tipos de polarização; aplicar em situações de integração tecnológica. 3.) Interferência: aplicar o princípio de sobreposição e os conceitos de coerência temporal e lateral a Young, Michelson e interferometria. 4.) Difracção: aplicar a teoria escalar, nas aproximações de Fraunhofer (múltiplas fendas, abertura rectangular e circular; rede de difracção) e Fresnel (fenda e ecrã semi opaco; interpretar Cornu). 5.) Óptica de Fourier: relacionar as transformações entre variáveis conjugadas com coerência temporal e com a difracção de Fraunhofer. Bibliografia principal: A) I. Kenyon, The Light Fantastic, A Modern Introduction to Classical and Quantum Optics, 64 Oxford (2008). B) M.V. Klein, T.E. Furtak, Optics, 2nd. Ed., Wiley (1986). 1.) Óptica geométrica paraxial: (A) secções 1.1‐1.6, 2.1, 2.2.1, 2.3, 3.1, 3.3, 3.4, 4.1, 4.2, 4.4, 4.5; (B) secções 1.1‐1.4, 2.3, 3.1‐3.2. 2.) Teoria electromagnética e polarização: (A) secções 9.1‐9.7, 10.1‐10.6, 10.8, 11.4‐11.5; (B) secções 2.1‐2.2, 2.4, 9.1‐9.2. 3.) Interferência: (A) secções 5.1‐5.7, 5.9.; (B) secções 5.1‐5.5, 8.1‐8.3. 4.) Difracção: (A) secções 6.1‐6.8, 6.9.1‐6.9.3, 6.10‐6.13; (B) secções 6.1‐6.2, 7.1‐7.2. 5.) Óptica de Fourier: (A) secções 7.1‐7.4.; (B) secções 6.3‐6.4. Metodologias de ensino (avaliação incluída): A UC tem horas de contacto teóricas (exposição, dedução e exploração de conceitos) e teórico práticas (apoio à realização de problemas de aplicação e desenvolvimento, a realizar de forma autónoma pelos alunos). São adoptados dois manuais escolares. Os problemas recomendados para as aulas TPs são problemas seleccionados de manuais escolares. A transmissão de conteúdos será feita com exposição e escrita no quadro, com recurso a visualização de representações gráficas e resultados experimentais. Os materiais de apoio das aulas são disponibilizados através da plataforma de e‐learning. Os testes e exames têm ênfase em aplicações em situações concretas de interesse prático. A avaliação será feita através de dois testes a realizar durante o semestre. Os alunos poderão realizar uma ficha de problemas optativa (grupos 2‐4; 2 valores; problemas de desenvolvimento). Os estudantes que não tenham tido sucesso no quadro da avaliação continua ou periódica podem submeter‐se a avaliação por exame. 65 Unidade curricular: Laboratório de Eletromagnetismo e Ótica Docente responsável: Francisco José Machado de Macedo Conteúdos programáticos: 1.) Circuito RLC como filtro de frequências 2.) Comportamento transitório de um circuito RLC 3.) Momento dipolar e momento de torção em espiras móveis num campo magnético 4.) Bobinas de Helmholtz 5.) Forças de Laplace e a balança de correntes 6.) Força de Coulomb e observação da linhas de campo em condensadores 7.) Refracção de luz e microscópio 8.) Difracção de luz: experiência de Young 9.) Limite de resolução de sistemas ópticos e refracção Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir: Ilustrar, do ponto de vista da física experimental, os conceitos físicos subjacentes à UC. Estimular a montagem e execução de experiências de electromagnetismo e óptica. Proporcionar o acesso e utilização de instrumentação avançada, adequada aos trabalhos a realizar. Organizar e comunicar resultados experimentais. Organizar e apresentar um trabalho científico. Seleccionar informação relevante da literatura científica e técnica para resolver problemas experimentais. Montar e executar experiências para estudar fenómenos de electromagnetismo e óptica. Analisar e interpretar resultados experimentais com o uso apropriado de métodos estatísticos. Comunicar informação científica e técnica através de apresentações orais e escritas. Integrar‐se e trabalhar em pequenos grupos. Bibliografia principal: Departamento de Física, Protocolos dos trabalhos práticos e notas suplementares. J. R. Taylor, An introduction to Error Analysis, University Science Books (1977). D. W. Preston and E. R. Dietz, The art of Experimental Physics (John Wiley). R. A. Serway, Physics for Scientists and engineers with modern physics , Saunders College Publishing (1996). P. R. Bevington and D. K. Robinson, Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences, McGraw‐Hill (2003). M. C. Abreu, L. Matias L. F. Parafita, Física Experimental: Uma Introdução, Editorial Presença (1994) Metodologias de ensino (avaliação incluída): Nas aulas desta UC é proposta aos alunos a execução de uma experiência, antecedida ou não da montagem parcial da mesma. É controlada a execução correcta das experiências propostas 66 sendo, quando necessário, acrescentada informação à que consta dos protocolos. É promovida a autonomia e a capacidade de encontrar soluções perante problemas experimentais. É estimulada a discussão dos resultados obtidos, sendo explorados sempre que possível, os aspectos mais polémicos ou potencialmente incorrectos associados. 1. Componentes da avaliação. A. Preparação e execução dos trabalhos experimentais. B. Relatórios de três dos trabalhos realizados (em grupo). C. Apresentação oral de um trabalho experimental. D. Prova escrita. 2. Admissão a exame. Serão admitidos a exame os alunos que obtenham em A, B e C uma classificação não inferior a 8 valores tendo obtido em D uma classificação inferior a 8 valores. 3. Ponderação. As componentes da avaliação terão a seguinte ponderação no cálculo da classificação final: A (10%) B (25%) C (20%) D (45%) Serão aprovados os estudantes com classificação final maior ou igual a 10 valores. 67 Unidade curricular: Astrofísica Docente responsável: Mário Rui da Cunha Pereira Conteúdos programáticos: 1.) Introdução ao Universo: Breve história da Astrofísica. Escalas de distância, tempo e brilho. 2.) A Vida e Morte das Estrelas: Radiação térmica – as leis de Wien e de Stefan‐Boltzmann. Propriedades das estrelas. O diagrama de Hertzsprung‐Russel ‐ a sequência principal. A evolução das estrelas. Morte estelar – estrelas anãs, estrelas de neutrões e buracos negros. A estrutura das estrelas e a geração da energia. Síntese dos elementos atómicos. 3.) Os Caminhos do Universo: Paradoxo de Olbers. O Modelo Cosmológico Padrão. A expansão do universo, a radiação cósmica de fundo e a Lei de Hubble. Do “Big Bang” à formação das Galáxias. 4.) O Universo nos seus Limites: Teoria da Relatividade e os Buracos Negros. Constituição do Universo. Matéria Negra e Energia Negra. A expansão acelerada. 5.) Com os Sentidos no Céu: Telescópios Terrestres e Espaciais. Mapas Celestes e a observação do Céu nocturno. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir: 1) Aplicar ideias chave de física fundamental de modo a estimar grandezas astrofísicas importantes e a descrever as observações fundamentais acerca das estrelas, das galáxias e do universo. 2) Aplicar elementos de termodinâmica, de física nuclear e de mecânica quântica para descrever quantitativamente as fontes e o processo de transferência de energia nas estrelas. 3) Desenvolver modelos simples para estimar os limites inferior e superior para a massa das estrelas na sequência principal. 4) Perceber quais são os parâmetros fundamentais que determinam a evolução global do universo e entender e interpretar as consequências das gamas de valores compatíveis com as observações. 5) Pesquisar informação sobre tópicos actuais em astrofísica e em cosmologia e apresentá‐la oralmente aos colegas de maneira clara e informativa. 6) Localizar e identificar e observar corpos celestes no céu nocturno. Bibliografia principal: A) Bradley W. Carroll, Dale A. Ostlie, An Introduction to Modern Astrophysics, Pearson/Addison Wesley (2007). B) Nuno Sá, Astronomia Geral, Escolar Editora (2005) Metodologias de ensino (avaliação incluída): Atendendo ao carácter teórico‐prático da disciplina, as metodologias de ensino/aprendizagem vão‐se dividir entre aulas do tipo seminário, em que o docente expõe os conteúdos programáticos, seguidas de aulas teórico‐práticas nas quais os alunos serão confrontados com problemas que abordam esses mesmos conteúdos, e que serão analisados, resolvidos e 68 discutidos em conjunto na aula. No último capítulo, referente à Observação Astronómica está também prevista uma aula prática de observação nocturna. Todos os conhecimentos e competências adquiridas pelos alunos serão avaliados usando três componentes cujo peso relativo ser‐lhes‐á indicado no início da unidade curricular: uma componente contínua composta por problemas para resolução individual fora das horas normais de contacto; uma monografia sobre um tema abordado na UC e da qual os alunos terão de fazer a respectiva apresentação; e uma prova escrita final. 69 Unidade curricular: Introdução à Física Moderna Docente responsável: Ricardo Pedro Lopes Martins Mendes Ribeiro Conteúdos programáticos: 1.) Relatividade restrita: Espaço‐Tempo. Intervalo de espaço‐tempo. Invariância. Referenciais inerciais. O princípio da relatividade. Transformações de Lorentz. Contracção do espaço e dilatação do tempo. O mapa e regiões do Espaço‐Tempo. Momento‐Energia. Invariância da massa. Massa de um sistema. Colisões 2.) Física Quântica – introdução: Indistinguibilidade. Estado quântico e vector estado. Sobreposição de estados e natureza probabilística. Propriedades incompatíveis. Correlação e entrelaçamento quântico. Não localidade. Criptografia, teleportação e computação quântica. Ondas de Matéria e as relações de incerteza. Os postulados. 3.) Noções de espectroscopia: A estrutura atómica. As moléculas e o estado sólido. Níveis rotacionais, vibracionais e transições electrónicas. A radiação do Corpo Negro. Plasmas. 4.) Introdução à Física Nuclear e de Partículas: O núcleo atómico. Decaimentos nucleares. As partículas elementares. As interacções fundamentais. 5.) Cosmologia: Observações cosmológicas. O princípio cosmológico. Desvio para o vermelho. Radiação cósmica de fundo. Factor de escala e curvatura. Equações do movimento. Taxa de expansão. As etapas de evolução. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir: Descrever a estrutura do Espaço‐Tempo, calcular o intervalo de espaço‐tempo, descrever o Princípio da Relatividade e os conceitos de invariância e de referencial inercial, efectuar as transformações de Lorentz. Identificar o conceito de momento‐energia e de massa como o módulo do 4‐vector momento‐
energia; calcular a massa de um sistema de partículas. Aplicar a problemas numéricos concretos. Identificar e descrever: indistinguibilidade; estado quântico e vector estado; sobreposição de estados e natureza probabilística; propriedades incompatíveis; correlação e entrelaçamento quântico. Descrever fundamentos da interacção da radiação com a matéria: absorção e emissão de radiação, níveis de energia rotacional, vibracional e electrónicos. Descrever os fundamentos da estrutura nuclear e o modelo padrão das partículas elementares e as suas interacções. Identificar o modelo cosmológico padrão e descrever os diversos momentos do universo em expansão. Bibliografia principal: A.) E. F. Taylor, J. A. Wheeler, Spacetime Physics, Second Edition B.) Ricardo M. Ribeiro, Introdução à Física Contemporânea, Ed. Moinho Velho, 2010 C.) Andrew Liddle, An Introduction to Modern Cosmology, John Wiley & Sons, 2003 D.) Martinus Veltman, Facts and Mysteries in Elementary Particle Physics, World Scientific 70 Publish. E.) Valerio Scarani, Quantum Physics ‐ A First Encounter, Oxford University Press, 2006 Metodologias de ensino (avaliação incluída): Procurar‐se‐á que em cada aula teórica haja, para além da explicação da matéria: ‐ apontamento: explicação de dispositivos, fenómenos, investigações a decorrer, etc. relacionados com a matéria ‐ interacção com os alunos ‐ vai‐se fazer uso intensivo da plataforma de elearning da UM A avaliação é obtida em função do estudante ter alcançado os objectivos instrucionais. A avaliação será feita através de: ‐ Minitestes de frequência aproximadamente quinzenal ‐ 19 valores Distribuídos por: Relatividade restrita ‐ 7 valores Física Quântica e Espectroscopia ‐ 7 Física Nuclear, Partículas e Cosmologia ‐ 5 ‐ Perguntas para casa (em geral nas semanas em que não há teste) ‐ 1 valor 71 Unidade curricular: Laboratório de Física Moderna Docente responsável: Bernardo Gonçalves Almeida Conteúdos programáticos: 1.) Medição da velocidade de propagação da Luz 2.) Interferómetro de Michelson ‐Morley 3.) Radiação de um corpo negro 4.) Espectro de emissão do hidrogénio 5.) Efeito foto‐eléctrico 6.) Efeito Compton 7.) Decaimento radioactivo e comprimento de penetração da radiação num meio sólido Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir: A UC destina‐se a introduzir os conceitos e a adquirir aptidões técnicas na execução experimental de trabalhos em Física Moderna. Ao completarem a UC, pretende‐se que os alunos adquiram a capacidade de: ‐ Estudar experimentalmente fenómenos envolvendo a quantificação da luz ‐ Compreender fenómenos elementares da absorção e emissão da luz pela matéria ‐ Caracterizar as propriedades de ondas electromagnéticas ‐ Estudar experimentalmente a lei do decaimento radioactivo. ‐ Montar experiências elementares de física moderna e usar métodos informáticos na sua análise e tratamento de dados, à luz dos conceitos teóricos envolvidos. Bibliografia principal: Departamento de Física, Protocolos dos trabalhos práticos e notas suplementares Lab. Fís. Mod.. J. R. Taylor, An introduction to Error Analysis , University Science Books (1977). D. W. Preston and E. R. Dietz, The art of Experimental Physics (John Wiley). R. A. Serway, Physics for Scientists and engineers with modern physics , Saunders College Publishing (1996). Metodologias de ensino (avaliação incluída): Na primeira parte das aulas os alunos executam, em grupo, os trabalhos laboratoriais propostos, medindo as grandezas Físicas relevantes e tomando contacto com as técnicas e métodos do estudo experimental dos conceitos em Física Moderna. Na segunda parte da aula os alunos realizam um relatório resumido, em grupo, sobre o trabalho experimental efectuado. Se necessário, os alunos serão questionados/interpelados individualmente de modo a promover a sua participação activa na execução e interpretação Física dos trabalhos. Ao longo do semestre, os alunos farão duas séries de trabalhos, cada uma seguida de um teste escrito sobre eles. No final do semestre cada aluno fará um relatório individual, detalhado, sobre um dos trabalhos da disciplina. Em termos de avaliação, a média dos relatórios resumidos corresponde a 20% da nota final, o relatório individual corresponde a 30% e a média dos 2 testes corresponde a 50%. O exame de recurso substitui os testes para efeitos de cálculo da nota final. 72 Unidade curricular: Física da Matéria Condensada Docente responsável: Mikhail Vasilevskiy Conteúdos programáticos: 1) Os modelos de Drude e de Sommerfeld dos metais Condutividade DC e AC, reflectividade dos metais e condutividade Hall no modelo de Drude. Energia interna, calor específico e potencial químico a baixas temperaturas no modelo de Sommerfeld. 2) Estrutura cristalina e rede recíproca Redes de Bravais e a sua classificação. Célula primitiva, Redes com base. Rede recíproca e zonas de Brillouin. Construção explícita de zonas de Brillouin. Relação com difracção de raios X. 3) Electrões num potencial periódico Solução da equação de Schrodinger num potencial periódico arbitrário e teorema de Bloch. Aproximação de ligação fraca. Modelo do electrão fracamente ligado. Metais e isoladores. Cálculo de bandas num sólido unidimensional e bidimensional. 4) Vibrações da rede cristalina e fonões Vibrações clássicas de uma cadeia mono‐atómica e de uma cadeia com dois átomos por célula primitiva. Quantificação dos modos clássicos de vibração: fonões. Energia interna de vibração de um sólido. Aproximação de Debye e calor específico de um sólido. 5) Supercondutividade Os principais factos experimentais. Efeito de Meissner. Teoria macroscópica. Equação de irmãos London e teoria de Ginzburg‐Landau .Umà noção da teoria microscópica, pares de sCouper. Efeito de Josephson Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir: Descrever a estrutura cristalina de sólidos simples, redes de Bravais e recíproca. Identificar e descrever os diferentes tipos de ligação cristalina Definir o significado de fonão e calcular a relação de dispersão de redes unidimensionais com 1 e 2 átomos por célula unitária. Calcular as contribuições dos fonões para as propriedades termodinâmicas e de transporte dos sólidos. Descrever os modelos Drude e de Sommerfeld dos metais, bem como as suas limitações. Calcular as contribuições dos electrões para as propriedades termodinâmicas e de transporte dos sólidos. Conhecer o teorema de Bloch e as suas consequências. Descrever a estrutura de bandas na aproximação de ligação fraca. Conhecer o método do electrão fortemente ligado (“tight‐binding”) e calcular a estrutura de bandas electrónicas de algumas estruturas cristalinas simples. Conhecer a distribuição dos electrões pelos níveis de energia em função de temperatura e os conceitos de energia e de superfície de Fermi. Compreender como o conceito de estrutura de bandas leva à existência metais, semicondutores e isoladores Adquirir a noção dos conceitos básicos sobre a supercondutividade. 73 Bibliografia principal: A) Neil Ashcroft e David Mermin, Solid State Physics, Brooks Cole, 1976 B) Kittel C., Introduction to SolidState Physics (John Wiley and Sons, New York, 1976) C) Michael Marder, Condensed Matter Physics, 2ª edição, Wiley, 2010. D) John Singleton, Band Theory and Electronic Properties of solids, Oxford University Press, 2001. Metodologias de ensino (avaliação incluída): Métodos de Ensino: Aulas teóricas e teórico‐práticas. Métodos de Avaliação: Realização de vários testes compostos de perguntas teóricas e resolução de exercícios durante o semestre e a realização dum exame final. Opcional: realização de um pequeno projecto. 74 Unidade curricular: Projeto Individual em Química Docente responsável: Maria de Fátima Malveiro Bento (Diretora de Curso) Conteúdos programáticos Conteúdos programáticos O desenvolvimento do projeto individual pode ocorrer em ambiente académico ou industrial, dependendo do perfil do aluno e da sua intenção de seguir para um segundo ciclo de formação. Os alunos realizarão um trabalho de projeto, de natureza eminentemente prática / laboratorial que promova quer a aquisição de conhecimentos em áreas científicas e tecnológicas diversas (de acordo com a natureza do projeto) quer o desenvolvimento da capacidade de resolução de problemas relacionados com a sua área de estudo. Deverá ser fomentada a realização autónoma de pesquisa e aprofundamento de conhecimentos, indispensáveis para a promoção da capacidade de aprendizagem ao longo da vida. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir
Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir Pretende‐se promover aprendizagens relevantes para o desempenho profissional e/ou académico de um Químico de modo a facilitar a sua inserção no mercado de trabalho ou na prossecução de estudos de ciclo superior em Química ou em áreas afins. Assim, deverão ser: i) Aprofundados conceitos, princípios e teorias; ii) Desenvolvidas capacidades para aplicar esse conhecimento e compreensão à resolução de problemas; iii) Adquiridas competências de carácter prático associadas ao desempenho de um Químico num laboratório (síntese e análise química, segurança laboratorial, entre outros); iv) Desenvolvidas competências transversais, nomeadamente capacidade de comunicação oral e escrita, de numeracia e de cálculo, de utilização de tecnologias de informação e de trabalho em grupo. Como resultado das aprendizagens, os alunos deverão ter desenvolvido as seguintes competências: - Adaptar‐se a novas situações em ambiente profissionalizante. - Aplicar conceitos, princípios e teorias no desenvolvimento do projeto. - Recolher e gerir informação necessária à análise e resolução de problemas reais. - Elaborar um relatório final. Apresentar e argumentar as estratégias desenvolvidas e os resultados obtidos utilizando tecnologias de informação. Bibliografia principal A bibliografia depende do tema a investigar. 75 Metodologias de ensino (avaliação incluída) Esta UC mobiliza e aprofunda conhecimentos adquiridos durante o ciclo de estudos com vista à realização autónoma de pesquisa, aprofundamento de conhecimentos e o desenvolvimento de competências de investigação / resolução de problemas em contexto profissionalizante. O trabalho de projeto a desenvolver, sendo supervisionado, deverá centrar‐se no desempenho do aluno e nas suas aprendizagens. Para esta UC são propostas um total de 336 horas de trabalho, das quais 120 horas de deverão corresponder a práticas laboratoriais. A classificação final da UC será atribuída com base no desempenho do aluno na pesquisa bibliográfica, na realização do trabalho experimental, na elaboração do relatório escrito, na apresentação e discussão pública do trabalho desenvolvido. 76 Unidade curricular: Macromoléculas, Corantes e Pigmentos Docente responsável: Maria do Sameiro Torres Gonçalves
Conteúdos programáticos 1. Classes mais importantes de macromoléculas. 1.1. Introdução: aspetos históricos e conceitos básicos. 1.2. Polímeros orgânicos sintéticos: polímeros de adição e de condensação. Estrutura e propriedades. 1.3. Dendrímeros: definição, propriedades e estratégias de síntese. 1.4. Polímeros naturais: polipéptidos, ácidos nucleicos, hidratos de carbono e lípidos. Estrutura, propriedades e modificações químicas. 2. Corantes: aspetos históricos; conceitos básicos; classificação em função da estrutura química. Síntese, propriedades e aplicações. 2.1 Corantes azo. 2.2 Corantes carbonílicos: corantes de antraquinona, indigóides e de benzodifuranona. 2.3 Corantes de polimetino, cianina e arilcarbónio. 2.4 Corantes fluorescentes: corantes de cumarina, rodamina e estilbenos. 2.5 Corantes “high tech”: termocrómicos, electrocrómicos, fotocrómicos, halocrómicos, D2T2 e corantes que absorvem no IV próximo. 3. Pigmentos orgânicos e inorgânicos: aspetos históricos e conceitos básicos. Síntese, propriedades e aplicações. Objetivos da unidade curricular e competências a adquirir
- Reconhecer a natureza química das macromoléculas, a sua classificação, propriedades e aplicações. - Reconhecer métodos de síntese de polímeros e dendrímeros e aplicar a casos concretos. - Discutir, para cada tipo de biomacromolécula, a estrutura primária e secundária e métodos de determinação da estrutura primária. - Identificar algumas reações características de síntese e modificação de biomacromoléculas. - Identificar as principais classes químicas de corantes e pigmentos. - Selecionar métodos de síntese de corantes e pigmentos. - Selecionar corantes e pigmentos para aplicar a casos concretos.
Bibliografia principal - J.W. Nicholson, “The Chemistry of Polymers”, The Royal Society of Chemistry, 2006. - T.W.G. Solomons, C.B. Fryhle, “Organic Chemistry”, Jonh Wiley and Sons, Inc., 2004. - A.T. Peters, H.S. Freeman “Modern Colorants ‐ Synthesis and Structure”, Blackie Academic and Professional, London, 1995. Metodologias de ensino (avaliação incluída) A participação ativa dos alunos é solicitada em diversas atividades de aprendizagem, no contexto quer de aulas práticas e teórico‐práticas quer de trabalho independente, nomeadamente em: - resolução de problemas de aplicação/consolidação dos conteúdos abordados, alguns dos quais constam de fichas de trabalho elaboradas para os diferentes conteúdos da UC; 77 pesquisa e/ou aprofundamento de informação para discussão na sala de aula (tarefas); - elaboração de trabalhos escritos em grupo e apresentação oral com recurso a tecnologias multimédia, de modo a proporcionarem a aplicação e integração dos conhecimentos abordados nas aulas presenciais. A avaliação contemplará duas componentes: componente de avaliação contínua e componente periódica (testes escritos). A avaliação contínua é efetuada com base na observação de atitudes e de comportamentos; tarefas (diversas); trabalho em grupo (escrito e oral); problemas práticos.
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78 Unidade curricular: Electromagnetismo EE Docente responsável: Pedro Alpuim Conteúdos programáticos 1.) Electroestática: campo e potenciais elétricos Campos escalares e campos vetoriais. Lei de Coulomb. Campo elétrico, potencial elétrico e energia de uma distribuição discreta de cargas estáticas. Circulação do campo. Dipolo elétrico. 2.) Lei de Gauss da electroestática Fluxo de um campo electroestático. Lei de Gauss da electroestática na forma integral. Condições fronteira em electroestática. Condutores na electroestática. Capacidade e dielétricos. 3.) Corrente elétrica e circuitos de corrente contínua Corrente elétrica. Lei de Ohm. Efeito Joule. Força eletromotriz. Circuitos de corrente contínua. Regras de Kirchhoff. Circuito RC: carga e descarga do condensador. 4.) Magnetostática Campo magnético. Força de Lorentz. Dipolo magnético. Lei de Biot‐Savart. Campo magnético sobre o eixo de uma espira circular. Interação entre dois elementos de corrente. Lei de Ampère na forma integral. Campo magnético no interior de bobinas. 5.) Campo eletromagnético variável Lei de indução de Faraday na forma integral. Regra de Lenz. Oscilações em circuitos LC e RLC. Circuitos de corrente alternada. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir O objetivo desta unidade é fornecer conceitos elementares de eletricidade e magnetismo a alunos de engenharia e de ciências. O ênfase é em problemas envolvendo distribuições discretas de carga e em problemas com simetria esférica, cilíndrica e planar, às quais se possam aplicar as leis de Gauss e de Ampére, na sua formulação integral. Os exercícios propostos deverão ser adequados ao nível de sofisticação matemática dos alunos e, sempre que possível, dentro do contexto das suas áreas de formação específica, visto o objetivo ser o da formação geral. Bibliografia principal Textos de apoio da Unidade Curricular. Tipler, Paul Allen, “Física para cientistas e engenheiros”, vol.2 : Electricidade e magnetismo, ótica., LTC Editora, 3ª ed., Rio de Janeiro (2000). D. Halliday e R. Resnick "Física (vol.3) ‐ Electromagnetismo", Livros Técnicos e Científicos, 4ªedição, Rio de Janeiro (1996). F. Sears, M. Zemansky, H. Young "Física (vol.3) ‐ Electricidade e Magnetismo", Livros Técnicos e Científicos, 2ªedição, Rio de Janeiro (1995). Metodologias de ensino (avaliação incluída) 79 Unidade curricular: Introdução aos Polímeros Docente responsável: Maria da Conceição de Jesus Rêgo Paiva
Conteúdos programáticos Introdução histórica, definição de polímero, principais tipos de polímeros; termoplásticos, termoendurecíveis e elastómeros, homopolímeros, copolímeros e misturas de polímeros. Noções elementares de polimerização. Massa molecular média: Noção de massa molecular média. Distribuição de massas moleculares. Índice de heterogeneidade. Estrutura e estereoquímica de polímeros: Isomerismo configuracional e geométrico. Tacticidade. Polímeros amorfos e semicristalinos. Propriedades térmicas de polímeros: temperatura de transição vítrea e temperatura de fusão. Propriedades mecânicas: Comportamento viscoelástico de polímeros. Tracção: curvas tensão‐
deformação. Cálculo de tensões e deformações à cedência e rotura, do módulo de elasticidade. Comportamento frágil e dúctil. Efeito da temperatura e da velocidade de solicitação na curva tensão‐deformação. Propriedades e aplicações de termoplásticos. Termoplásticos comerciais. Plásticos de engenharia. Processamento de termoplásticos: Extrusão de tubos e perfis, folha, filme tubular. Moldação sopro baseada na extrusão. Moldação por Injecção. Moldação sopro baseada na injecção. Moldação rotacional, calandragem e termoformação. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir ‐ Capacidade de distinguir materiais poliméricos de outros materiais; distinguir entre termoplásticos e termoendurecíveis; ‐ Conhecer as características gerais da estrutura molecular de um polímero em termos de ligação química, massa molecular, capacidade para desenvolver cristalinidade; ‐ Identificar a influência dos factores estruturais nas propriedades térmicas e mecânicas dos polímeros; ‐ Distinguir entre polímeros e plásticos; ‐ Conhecer as principais tecnologias de processamento de termoplásticos; ‐ Conhecer os principais tipos de termoendurecíveis e as reacções que lhes dão origem; Em resumo, transmitir noções básicas sobre plásticos, quer a nível de ciência de materiais, quer a nível de aplicações de engenharia. Bibliografia principal Polymers: Chemistry and Physics of Modern Materials, J.M.G. Cowie, Blackie and Son, Ltd, Glascow, 1991; Introduction to Polymer Science, R.G. Treloar, The Wickeham Science Series, London, 1974; Introduction to Polymers, R.J. Young, Chapman and Hall, London, 1986; Materials Science of Polymers for Engineers, T. A. Osswald and G. Menges, Hanser Publishers, Munich, 1995. Metodologias de ensino (avaliação incluída) O ensino é baseado em aulas teóricas e teórico‐práticas, havendo lugar à resolução de problemas 80 de aplicação das noções apresentadas e discutidas nas aulas teóricas.
A avaliação final é baseada na classificação média de dois testes escritos. O aproveitamento em regime de avaliação contínua exige que a classificação dos testes seja superior a 8/20 (oito valores em vinte). 81 Unidade curricular: Reologia Docente responsável: Olga Sousa Carneiro
Conteúdos programáticos Capítulo 1 ‐ Conceitos Introdutórios Fluidos Newtonianos e não‐Newtonianos. A equação de Newton. O conceito de tensão e de estado de tensões de um corpo ou fluido. Escoamento de corte e taxa de corte. Conceitos de viscosidade de corte e viscosidade extensional e relações entre ambas. Capítulo 2 ‐ Tipos de comportamento reológico. Comportamento Newtoniano e puramente Viscoso em corte. Comportamento reo‐fluidificante, reo‐espessante e Bingham. O modelo lei‐de‐potência. Outros modelos; modelos. Comportamento em escoamentos extensionais. A influência da temperatura e da pressão na viscosidade. Comportamento viscoelástico. Capítulo 3 ‐ Reometria Reometria de corte por fluxo de arraste. O reómetro de pratos paralelos, cone e prato e de cilindros concêntricos. Reometria de corte por fluxo de pressão. O reómetro capilar. As correcções de Rabinowitsch e de Bagley. O indexante MFI ‐ Medidor do Índice de Fluidez. Reometria extensional. Reómetro de extensão uniaxial simples de extremidades móveis. Escoamentos em contracções geométricas súbitas. O modelo de Cogswell. Indexante de jactos opostos. Capítulo 4. A Reologia como ferramenta de caracterização estrutural. Ensaios reológicos e sua aplicabilidade. Escoamentos estacionários e de corte oscilatórios. Escoamentos transientes. A lei de Cox‐Merz. O princípio de Sobreposição Tempo‐Temperatura aplicado a fluidos. Distribuição de massas moleculares. Grau de ramificação. Misturas de polímeros. Aditivação de polímeros. Compósitos com termoplásticos. A Reologia no apoio à Selecção de Materiais. A Reologia no apoio ao Controlo de Qualidade. Capítulo 5. A Reologia no apoio ao Processamento de Polímeros. Efeitos e defeitos de origem reológica. A dissipação viscosa. O inchamento de extrudido. A pele‐de‐tubarão. A fractura de fundido. O efeito de jacto. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir Descrever as noções básicas de Reologia e Reometria, o seu papel na caracterização de materiais e no apoio ao processamento Seleccionar entre técnicas reométricas conforme o objectivo a atingir Inferir dados reológicos e estabelecer relações com a estrutura e as propriedades dos materiais Descrever a aplicação da Reologia no Processamento de Materiais Planear e executar mini‐projectos com Reologia, quer como ferramenta de caracterização, quer no apoio ao processamento Bibliografia principal Metodologias de ensino (avaliação incluída) 82 Unidade curricular: Comportamento e Qualidade de Materiais Plásticos Docente responsável: Maria Clara Dantas Cramez Conteúdos programáticos Introdução aos sistemas de gestão da qualidade. Norma ISO 9001:2008. Gestão por processos. Processos, indicadores e melhoria contínua. ‐Ferramentas da qualidade. Gráficos de Pareto, diagramas de causa‐efeito, outras. ‐FMEA – análise do modo de falha e efeitos. FMEA de projecto. FMEA de processo. ‐DOE – plano de experiências. ‐Propriedades e ensaios a materiais plásticos. Propriedades físicas e estruturais. Propriedades térmicas. Propriedades reológicas. Propriedades mecânicas. Propriedades de superfície. Propriedades eléctricas. Resistência química e ambiental. Comportamento ao fogo. Propriedades barreira. ‐Plásticos para contacto com alimentos. Ensaios e legislação ‐Controlo estatístico. Ensaios de normalidade. Capacidade do processo. Cartas de controlo. Variáveis e atributos. ‐Amostragem de aceitação. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir Identificar os fundamentos e principais requisitos da norma ISO 9001:2008. Conceber uma rede de processos para uma indústria transformadora de plásticos e definir indicadores de desempenho. Utilizar ferramentas da qualidade (FMEA, DOE, cartas de controlo, etc) para identificar e desenvolver acções de melhoria. Identificar as propriedades mais relevantes dos materiais plásticos para diversas aplicações. Relacionar o desempenho dos vários materiais com as características dos materiais e as condições de aplicação dos produtos. Estabelecer especificações para produtos em plástico e definir os ensaios a realizar para a caracterização dos produtos. Bibliografia principal Norma NP EN ISO 9001:2008 Sistemas de gestão da qualidade. Requisitos Apontamentos da UC: ‐ Propriedades e ensaios de materiais plásticos ‐ FMEA – análise do modo de falha potencial e seus efeitos ‐ Introdução ao planeamento de experiências ou DOE (Design of Experiments) ‐ Controlo estatístico do processo ‐ Tabelas necessárias para a resolução de problemas (distribuição normal, distribuição de poisson, pressão de vapor de água, etc) Metodologias de ensino (avaliação incluída) Exame Final 83 Unidade curricular: Ciência de Polímeros II Docente responsável: Ana Vera Machado Nóbrega
Conteúdos programáticos Polimerização Radicalar ‐ Mecanismo; Iniciação, Propagação e Terminação. Cinética da reação. Comprimento Cinético Médio da Cadeia; Massa Molecular Média Aritmética Instantânea. Distribuição Instantânea de Massas Moleculares. Distribuição Global de Massas Moleculares. Reacções de Transferência e Grau de Ramificação . Polimerização por Etapas. Mecanismo e Cinética ‐ Princípio da Igual Reactividade de Grupos Funcionais; Reacções de 2a e 3a Ordem; Influência da estequiometria dos grupos funcionais. Massa Molecular Média‚ Equacção de Carothers. Distribuição de Massas Moleculares ‐ Numérica e Ponderal Massas Moleculares Médias. Monómeros Polifuncionais. Formação de Polímeros Ramificados e Reticulados ‐Gelificação. Principais Métodos de Medição de Massas Moleculares de Polímeros: Métodos baseados em Propriedades Coligativas: Depressão crioscópica, Elevação Ebulioscópica, Osmometria de Pressão de Vapor e Osmometria de Membrana. Massa Molecular Média Viscosimétrica. Método de Viscosimetria em solução diluída – Fundamentos, Técnica e Equipamento. Medição da Distribuição de Massas Moleculares – Método de Cromatografia de Permeação (GPC). Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir Identificar os mecanismos dos processos de polimerização. Relacionar estrutura química do polímero com o método de polimerização. Descrever a cinética dos processos de polimerização. Explicar o conceito de comprimento estatístico da cadeia. Determinar massas moleculares. Bibliografia principal George Odian, Principles of Polymerization, John Wiley, 1991. Fred W. Billmeyer, Textbook of Polymer Science, John Wiley, 1984. M. P. Stevens: Polymer Chemistry, an Introduction, Oxford University Press (1999). S. Holding, Molecular Weight Determination of Synthetic Polymers, Rapra Technology, 1995. Metodologias de ensino (avaliação incluída) O ensino é baseado em aulas teóricas e teórico‐práticas, realizando a resolução de problemas de aplicação das noções apresentadas e discutidas nas aulas teóricas. A avaliação final é baseada na classificação média de dois testes escritos. O aproveitamento em regime de avaliação contínua exige que a classificação dos testes seja superior a 8/20 (oito valores em vinte). 84 Unidade curricular: Unidade curricular integradora I Docente responsável: Maria Clara Cramez
Conteúdos programáticos A unidade curricular integradora 1 integra os conhecimentos sobre materiais poliméricos, adquiridos no final do ensino secundário e durante o semestre, em Introdução aos Polímeros. Trata‐se de uma unidade curricular de índole experimental, baseada na realização de dois trabalhos: o primeiro tem um carácter mais experimental, com várias sessões laboratoriais onde os alunos utilizam técnicas de identificação e caracterização de polímeros. O trabalho termina com uma apresentação oral e a entrega do relatório escrito. O segundo trabalho pretende que os alunos consolidem os conhecimentos adquiridos durante o primeiro trabalho. A dimensão dos grupos de trabalho é reduzido a metade, entre 2 e 3 alunos, e o tema é a criação de uma brochura de apresentação técnica/comercial de um polímero. Os alunos devem enunciar as principais propriedades do material que lhes foi atribuído e identificar as aplicações nas quais esse material apresenta vantagens em relação aos materiais concorrentes. Este trabalho termina com a entrega do relatório final, no qual os alunos devem demonstrar, através de uma apresentação gráfica cuidada, que têm capacidade de difundir informação técnica de uma forma clara e objetiva. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir ‐ Capacidade de identificar as técnicas adequadas para a caracterização de diferentes propriedades de polímeros; ‐ Capacidade de utilização de técnicas de identificação de polímeros, e capacidade crítica na análise de reultados; ‐ Identificar os principais tipos de plásticos através de métodos laboratoriais simples; ; ‐ Distinguir as características mais relevantes dos plásticos de grande consumo, de modo a adquirir a capacidade de selecionar os mais adequados para aplicações específicas; ‐ Capacidade para estruturar a informação experimental na forma de relatório escrito e na comunicação oral. Bibliografia principal Polymers: Chemistry and Physics of Modern Materials, J.M.G. Cowie, Blackie and Son, Ltd, Glascow, 1991; Introduction to Polymer Science, R.G. Treloar, The Wickeham Science Series, London, 1974; Introduction to Polymers, R.J. Young, Chapman and Hall, London, 1986; Materials Science of Polymers for Engineers, T. A. Osswald and G. Menges, Hanser Publishers, Munich, 1995. Metodologias de ensino (avaliação incluída) O ensino é baseado em aulas laboratoriais. A classificação final é baseada na nota do primeiro relatório (R1), da apresentação (A), e do segundo relatório (R2), de acordo com a fórmula: (R1x0.7 + Ax0.3) x 0.7 + R2x0.3 85 Unidade curricular: Composição e Modificação de Polímeros Docente responsável: José António Covas
Ana Vera Machado Nóbrega
Conteúdos programáticos Introdução. Conceitos gerais sobre aditivação. Função e mecanismo de acção dos principais aditivos (plasticisadores, estabilizadores, retardadores de chama, lubrificantes, ajudantes de processamento, pigmentos, etc) Princípios gerais de formulação (especificações e análise económica, reómetro de torsão). Mistura e modificação de polímeros: tipos de mistura de polímeros, noção de compatibilidade. Extrusão reactiva: modificação de polímeros (Enxerto, degradação controlada e reticulação), polimerização in‐situ; Compatibilização de Misturas de Polímeros Noções de mistura: mistura distributiva e dispersiva, tempo de residência e sua distribuição. Equipamento de composição (análise dos principais tipos, linhas de granulação). Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir
Conceitos gerais sobre aditivação Função e mecanismo de acção dos principais aditivos Princípios gerais de formulação Mistura e modificação de polímeros. Extrusão reactiva; Compatibilização de Misturas de Polímeros Noções de mistura Equipamento de composição Bibliografia principal [1000 caracteres] Apontamentos da UC Metodologias de ensino (avaliação incluída)
86 Unidade curricular: Ciência de Polímeros III Docente responsável: José António Martins
Conteúdos programáticos Elasticidade linear. Lei de Hooke. Conceitos de estatística macromolecular e sua aplicação no estudo do comportamento elástico não linear. Trabalho de deformação de uma rede de cadeias Gaussianas. Equação de Mooney‐Rivlin. Diferença entre as tensões normais principais em corte simples. Viscoelasticidade Linear ‐ O princípio da sobreposição temperatura tempo. Resposta de modelos mecânicos simples a solicitações estáticas e dinâmicas. Comparação com o comportamento real. O princípio da sobreposição de Boltzmann. Relações entre módulos e susceptibilidades. Cedência de Polímeros Sólidos – Modelo de Eyring da cedência Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir Distinguir entre elasticidade entálpica e entrópica e saber aplicar o conceito de rede de cadeias gausseanas no comportamento de elastómeros à tracção e ao corte. Descrever o significado de tempo de retardamento e relaxação e a sua relação. Descrever a relevância do princípio da sobreposição de Boltzmann na descrição da resposta linear de sistemas e a sua aplicabilidade geral na relação estímulo‐resposta no domínio linear. Determinar o limite do comportamento viscoelástico linear e aplicar o conceito de barreira energética e probabilidade de transição à descrição dos processos de fluência e relaxação não linear, cedência e rotura dúctil. Associar a taxa de libertação da energia de deformação como uma propriedade relevante na determinação da resistência ao impacto de materiais Bibliografia principal J. J. Aklonis, W. J. MacKnight, Introduction to Polymer Viscoelasticity, 2ª edição, J. Wiley & Sons, 1983. J. A. Martins. Textos de Apoio à disciplina (notas sobre os capítulos I, II, III e V do programa), Universidade de Minho, 1999. E. Riande, R. Díaz‐Calleja, M. G. Prolongo, R. M. Masegosa, C. Salom, Polymer viscoleasticity: stress and strain in practice, Marcel Dekker, Inc. New York, 2000. J. D. Ferry, Viscoelastic Properties of Polymers, 3ª edição, J. Wiley & Sons, 1980. I. W. Ward, Mechanical Properties of Solid Polymers, J. Wiley & Sons, 1973. Metodologias de ensino (avaliação incluída) O ensino é baseado em aulas teóricas e teórico‐práticas, com resolução de problemas de aplicação das noções apresentadas e discutidas nas aulas teóricas. A avaliação final é baseada na classificação média de dois testes escritos, e na resolução de fichas de trabalho. 87 Unidade curricular: Projeto Individual A Docente responsável: Maria de Fátima Malveiro Bento (Diretora de Curso) Conteúdos programáticos O desenvolvimento do projeto individual pode ocorrer em ambiente académico ou industrial, dependendo do perfil do aluno e da sua intenção de seguir para um segundo ciclo de formação. Os alunos realizarão um trabalho de projeto, de natureza eminentemente prática / laboratorial que promova quer a aquisição de conhecimentos em áreas científicas e tecnológicas diversas (de acordo com a natureza do projeto) quer o desenvolvimento da capacidade de resolução de problemas relacionados com a sua área de estudo. Deverá ser fomentada a realização autónoma de pesquisa e aprofundamento de conhecimentos, indispensáveis para a promoção da capacidade de aprendizagem ao longo da vida. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir
Pretende‐se promover aprendizagens relevantes para o desempenho profissional e/ou académico de um Químico de modo a facilitar a sua inserção no mercado de trabalho ou na prossecução de estudos de ciclo superior em Química ou em áreas afins. Assim, deverão ser: i) Aprofundados conceitos, princípios e teorias; ii) Desenvolvidas capacidades para aplicar esse conhecimento e compreensão à resolução de problemas; iii) Adquiridas competências de carácter prático associadas ao desempenho de um Químico num laboratório (síntese e análise química, segurança laboratorial, entre outros); iv) Obtidos conhecimentos em outras áreas mais especializadas da química e da ciência e tecnologia dos materiais plásticos e dos têxteis; v) Desenvolvidas competências transversais, nomeadamente capacidade de comunicação oral e escrita, de numeracia e de cálculo, de utilização de tecnologias de informação e de trabalho em grupo. Como resultado das aprendizagens, os alunos deverão ter desenvolvido as seguintes competências: - Adaptar‐se a novas situações em ambiente profissionalizante. - Aplicar conceitos, princípios e teorias no desenvolvimento do projeto. - Recolher e gerir informação necessária à análise e resolução de problemas reais. - Elaborar um relatório final. - Apresentar e argumentar as estratégias desenvolvidas e os resultados obtidos utilizando tecnologias de informação. Bibliografia principal A bibliografia depende do tema a investigar. 88 Metodologias de ensino (avaliação incluída) Esta UC mobiliza e aprofunda conhecimentos adquiridos durante o ciclo de estudos com vista à realização autónoma de pesquisa, aprofundamento de conhecimentos e o desenvolvimento de competências de investigação / resolução de problemas em contexto profissionalizante. O trabalho de projeto a desenvolver, sendo supervisionado, deverá centrar‐se no desempenho do aluno e nas suas aprendizagens. Para esta UC são propostas um total de 560 horas de trabalho, das quais 225 horas deverão corresponder a práticas laboratoriais. A classificação final da UC será atribuída com base no desempenho do aluno na pesquisa bibliográfica, na realização do trabalho experimental, na elaboração do relatório escrito, na apresentação e discussão pública do trabalho desenvolvido. 89 Unidade curricular: Materiais Têxteis Docente responsável: Teresa Maria Passos Ramos da Mota Miranda
Conteúdos programáticos Estudo das principais fibras têxteis. Classificação. Produção de fibras naturais e químicas. Aplicações. Caracterização de fibras têxteis. Novas materiais têxteis. Fibras inovadoras e sua aplicação. Principais produtos químicos auxiliares aplicados nos processos têxteis. Encolantes, corantes, produtos de acabamento. Novos produtos de acabamento. Acabamentos inovadores. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir Seleccionar os materiais fibrosos clássicos. Detectar as fibras com alto potencial de inovação. Reconhecer os produtos auxiliares mais importantes usados na indústria têxtil. Analisar as propriedades mais importantes dos materiais têxteis. Bibliografia principal Metodologias de ensino (avaliação incluída) O ensino é baseado em aulas teóricas. A avaliação final engloba as seguintes componentes: ‐ 2 testes escritos 90 Unidade curricular: Tratamento Prévio e Tingimento Docente responsável: Noémia Maria Ribeiro Almeida Carneiro Pacheco
Conteúdos programáticos Preparação de substratos têxteis. Pré‐tratamentos para as fibras de algodão. Principais processos de preparação. Tingimento de fibras têxteis. Processos de tingimento, corantes e produtos auxiliares. Equipamentos utilizados na preparação, tingimento e ultimação de materiais têxteis. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir Analisar os processos tecnológicos relacionados com a preparação e tingimento de substratos têxteis Comparar processos em função dos objectivos pretendidos Determinar as características dos diferentes corantes e produtos auxiliares usados na ultimação dos têxteis Determinar as características específicas dos diferentes equipamentos e técnicas usadas na ultimação dos têxteis Diferenciar os fundamentos científicos relacionados com a ultimação têxtil Bibliografia principal ‐
Metodologias de ensino (avaliação incluída) A avaliação final engloba as seguintes componentes: ‐ 2 testes de avaliação ‐
Relatório do projecto prático 91 Unidade curricular: Química das Matérias Primas Docente responsável: Maria Teresa Sousa Pessoa de Amorim
Conteúdos programáticos Técnicas analíticas de identificação e caracterização de matérias primas têxteis. Espectroscopia UV/Vis. Espectroscopia de Infravermelho IV. Materiais poliméricos. Relação propriedades estrutura. Determinação de massas moleculares. Reacções de síntese de polímeros. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir Desenvolver técnicas de análise química aplicadas à indústria têxtil. Analisar matérias primas têxteis. Categorizar e caracterizar matérias primas têxteis. Categorizar e caracterizar materiais poliméricos Bibliografia principal ‐
Peters R.H., Textile Chemistry (1973) ‐
Rouessac F., Analyse Chimique, Methodes et Techniques Instrumentals (1992) ‐
Rosen S.L., Fundamental Principles of Polymeric Materials (1982) Metodologias de ensino (avaliação incluída) O ensino é baseado em aulas teóricas, teórico‐práticas e laboratoriais. A avaliação final engloba as seguintes componentes:  Componente teórica (65%) – Exame escrito  Componente prática (25%) – Relatórios práticos  Factores comportamentais (10%) 92 Unidade curricular: Química da Cor e dos Corantes Docente responsável: Jaime Isidoro Naylor Rocha Gomes
Conteúdos programáticos Química‐física do tingimento. Fases envolvidas no processo de tingimento. Potencial de superfície. Dupla Camada Eléctrica. Teoria da Membrana de Donnan. Conceito de pH interno, cálculo do pH interno, factores que o influenciam. Interacções corante‐fibra. Adsorção, isotérmicas de adsorção. Modelos de Nernst, Langmuir e Freundlinch. Afinidade e substantividade de corantes. Difusão. Leis de Fick. Equação de Crank e de Hill. Modelos do processo de difusão. Cor e corantes. Cromóforo e auxocromo. Colour Índex. Corantes segundo estrutura química e processo de aplicação. Corantes reactivos. Reacções de substituição e de adição. Estabilidade da ligação corante‐fibra. Solidez dos tintos. Monitorização dos processos de tingimento. Cinética do tingimento. Optimização dos processos de tingimento. Desenvolvimento de novos processos de tingimento mais ecológicos. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir Diferenciar os vários tipos de corantes em função da sua estrutura química e aplicabilidade Especificar as metodologias de monitorização e controlo da cor Investigar mecanismos de ligação corante‐fibra Projectar novos processos de aplicação de cor Bibliografia principal ‐
Shore J., Colorants and auxiliaries: Organic chemistry and application properties, 2nd ed, Ed. Society of dyers and Colorists, Bradford (2002) ‐
Rattee D., Breuer, M.M.,The physical chemistry of dye adsortion, London, Ed. Academic Press, (1974) ISBN 0‐12‐582550‐1 ‐
Peters, R.H., The physical chemistry of dyeing, Ed. Elsevier Scientific Publishing Company Amsterdam, vol.3 (1975), ISBN 0‐444‐41120‐8 ‐
Shore J., Cellulosics dyeing, Ed. John Shore (1995) ISBN 0‐901956‐68‐6 Metodologias de ensino (avaliação incluída) A avaliação final engloba as seguintes componentes: ‐ Avaliação contínua (50%) ‐
Projecto (50%) 93 Unidade curricular: Projeto Interdisciplinar Docente responsável: Maria de Fátima Fernandes Esteves
Conteúdos programáticos ‐
Conteúdos referentes às UCs relacionadas com o PI ‐
Noções de gestão e controlo de qualidade Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir Integrar os RA das unidades curriculares do 1º semestre do 3º ano Desenvolver competências de gestão e projetos Desenvolver capacidades pessoais e interpessoais Desenvolver competências de trabalho em equipa Desenvolver capacidades de comunicação Desenvolver capacidades de gestão de tempo Bibliografia principal ‐
Bibliografia referente às UCs relacionadas com o Projeto Interdisciplinar ‐
Metodologias de ensino (avaliação incluída) A avaliação final engloba as seguintes componentes: ‐ Relatório do projecto prático ‐
Apresentação oral do projeto prático 94 Unidade curricular: Aspetos Ambientais na Indústria Têxtil Docente responsável: Maria Teresa Sousa Pessoa de Amorim
Conteúdos programáticos Identificação e caracterização da IT. Processos têxteis, matérias primas, identificação de resíduos. Legislação. IPPC. Efluentes líquidos. Caracterização de água e efluentes aquosos. Operações unitárias de tratamento. Técnicas de minimização e as melhores tecnologias disponíveis. Efluentes gasosos. Identificação. Técnicas de tratamento e minimização. Melhores tecnologias disponíveis. Resíduos sólidos. Identificação. Técnicas de tratamento e minimização. Melhores tecnologias disponíveis. Ruído. Definições. Técnicas de redução de ruído. Sistemas de Gestão Ambiental e Sistemas de Gestão Integrada. Estudo de casos. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir Identificar os efeitos poluentes da indústria têxtil. Interpretaras politicas e legislação de protecção ambiental. Avaliar tecnologias mais limpas. Projectar novos processos adaptados à redução da carga poluente. Bibliografia principal ‐
Ed Laurence, K Wang, et al., Waste treatment in the Process Industries (2006) ‐
European Commission, Integrated Pollution Prevention and Control (IPPC), Directiva 96/61/CE Metodologias de ensino (avaliação incluída) A avaliação final engloba as seguintes componentes: ‐ Teste escrito (50%) ‐
Monografia (50%) 95 Unidade curricular: Estamparia e Acabamentos Docente responsável: Luís Manuel Meneses Guimarães de Almeida (doc. resp.) Jorge Reinaldo Oliveira Neves Conteúdos programáticos Colorimetria: Cor. Definição dos valores tristimulus CIE X, Y e Z. Espaços de cor CIE. Meios transparentes e opacos. Metamerismo. Diferença de cor. Instrumentação. Estamparia: Estamparia convencional. Estamparia com quadro plano. Estamparia com quadro rotativo. Estamparia ao rolo. Fases posteriores. Lavagens. Acabamentos. Processos físico‐
químicos envolvidos na estamparia convencional. Estamparia digital. Efeitos especiais em estamparia. Revestimentos: Coatings e laminados. Propriedades. Aplicações. Processos de fabrico. Acabamentos: Acabamentos Mecânicos, químicos. Novos acabamentos. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir Analisar os processos tecnológicos de estamparia, revestimentos têxteis e acabamentos Mecânicos e químicos. Adequar as tecnologias às necessidades do mercado. Argumentar e dialogar numa empresa têxtil com fornecedores de matérias primas e serviços. Desenvolver competências relacionadas com os gastos energéticos e ambientais Bibliografia principal ‐ Araújo, M.; Melo e Castro, E.M. – Manual de Engenharia Têxtil, Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, Volume 2, 1987 Metodologias de ensino (avaliação incluída) O ensino é baseado em aulas teóricas e teórico‐práticas. A avaliação final engloba a realização de testes de avaliação: um de Colorimetria, um de Estamparia e Revestimentos e um de Acabamentos 96 Unidade curricular: Projeto Individual B Docente responsável: Maria de Fátima Malveiro Bento (Diretora de Curso) Conteúdos programáticos O desenvolvimento do projeto individual pode ocorrer em ambiente académico ou industrial, dependendo do perfil do aluno e da sua intenção de seguir para um segundo ciclo de formação. Os alunos realizarão um trabalho de projeto, de natureza eminentemente prática / laboratorial que promova quer a aquisição de conhecimentos em áreas científicas e tecnológicas diversas (de acordo com a natureza do projeto) quer o desenvolvimento da capacidade de resolução de problemas relacionados com a sua área de estudo. Deverá ser fomentada a realização autónoma de pesquisa e aprofundamento de conhecimentos, indispensáveis para a promoção da capacidade de aprendizagem ao longo da vida. Objectivos da unidade curricular e competências a adquirir
Pretende‐se promover aprendizagens relevantes para o desempenho profissional e/ou académico de um Químico de modo a facilitar a sua inserção no mercado de trabalho ou na prossecução de estudos de ciclo superior em Química ou em áreas afins. Assim, deverão ser: i) Aprofundados conceitos, princípios e teorias; ii) Desenvolvidas capacidades para aplicar esse conhecimento e compreensão à resolução de problemas; iii) Adquiridas competências de carácter prático associadas ao desempenho de um Químico num laboratório (síntese e análise química, segurança laboratorial, entre outros); iv) Obtidos conhecimentos em outras áreas mais especializadas da química e da ciência e tecnologia dos materiais plásticos e dos têxteis; v) Desenvolvidas competências transversais, nomeadamente capacidade de comunicação oral e escrita, de numeracia e de cálculo, de utilização de tecnologias de informação e de trabalho em grupo. Como resultado das aprendizagens, os alunos deverão ter desenvolvido as seguintes competências: - Adaptar‐se a novas situações em ambiente profissionalizante. - Aplicar conceitos, princípios e teorias no desenvolvimento do projeto. - Recolher e gerir informação necessária à análise e resolução de problemas reais. - Elaborar um relatório final. - Apresentar e argumentar as estratégias desenvolvidas e os resultados obtidos utilizando tecnologias de informação. Bibliografia principal A bibliografia depende do tema a investigar. 97 Metodologias de ensino (avaliação incluída) Esta UC mobiliza e aprofunda conhecimentos adquiridos durante o ciclo de estudos com vista à realização autónoma de pesquisa, aprofundamento de conhecimentos e o desenvolvimento de competências de investigação / resolução de problemas em contexto profissionalizante. O trabalho de projeto a desenvolver, sendo supervisionado, deverá centrar‐se no desempenho do aluno e nas suas aprendizagens. Para esta UC são propostas um total de 560 horas de trabalho, das quais 225 horas deverão corresponder a práticas laboratoriais. A classificação final da UC será atribuída com base no desempenho do aluno na pesquisa bibliográfica, na realização do trabalho experimental, na elaboração do relatório escrito, na apresentação e discussão pública do trabalho desenvolvido. 98