Estrutura Atómica e Molecular
Docente: Paulo Ribeiro Claro
Ano Lectivo: 2006/07
Curso(s): Licenciatura em Química
Escolaridade: 4h TP
Unidades ECTS: 6.0
OBJECTIVOS
Proporcionar o conhecimento base da estrutura atómica e molecular, com ênfase no modelo
quântico do átomo, na ligação química e em conceitos estruturantes, tais como superfície de
energia potencial, níveis de energia e distribuição de população.
Introduzir a interacção radiação-matéria e a espectroscopia molecular como fonte de conhecimento
da estrutura da matéria.
METODOLOGIA
A leccionação da disciplina é realizada em aulas teórico-práticas para apresentação dos tópicos de
estudo, para discussão e orientação de temas de trabalho a desenvolver e para resolução de
problemas.
AVALIAÇÃO
De acordo com o regulamento de avaliação em vigor na Universidade de Aveiro, a disciplina
funcionará em Avaliação Mista, envolvendo os seguintes Elementos de avaliação:
i) Resposta a pequenos questionários (12-15) nas aulas, sem aviso prévio (30%).
ii) Dois testes escritos durante o semestre (30%).
iii) Um teste na época de exames (40%).
PROGRAMA
1 – Estrutura atómica
1.1 Da mecânica clássica à mecânica quântica (radiação, quanta, efeito fotoeléctrico, espectro de emissão
e de absorção do átomo de H).
Modelo de Bohr
Princípio da incerteza.
Dualidade onda-partícula.
1.2 A equação de Schrödinger. Definição de operador. Funções próprias e valores próprios
Partícula numa caixa.
A equação de Schrödinger para o átomo de hidrogénio. Números quânticos. Orbitais e
probabilidade. Experiência de Stern-Gerlach.
Orbitais atómicas s, p, e d: nodos radiais, angulares e forma das orbitais.
Níveis de energia para o átomo de hidrogénio.
1.3 Átomos polielectrónicos: princípio de exclusão de Pauli e regra de Hund.
Níveis de energia para os átomos polielectrónicos: efeito de blindagem e efeito de penetração.
2 – Ligação química e Estrutura molecular
2.1 Modelo de Lewis, Modelo da Repulsão dos Pares de Electrões de Valência (RPEV).
Limitações do Modelo de Lewis. Duas teorias baseadas na Química Quântica: Teoria da Ligação
de Valência e Teoria das Orbitais Moleculares.
2.2 Teoria da Ligação de Valência.
Função de energia Potencial para a molécula de H2.
Limitações da Teoria da Ligação de Valência. Orbitais híbridas.
Hibridação: a função da onda de uma orbital atómica híbrida como resultado da combinação de
funções de onda de orbitais atómicas. Orbitais híbridas sp3d e sp3d2
Limitações da Teoria da Ligação de Valência. A molécula de O2.
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Ano Lectivo: 2006/07
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2.3 Teoria das Orbitais Moleculares
Moléculas diatómicas. A equação de Schrödinger para a molécula de hidrogénio. Orbitais σ e
π ligantes e anti-ligantes. Diagramas de energia de OM em moléculas diatómicas homonucleares.
Ordem da ligação. Estabilidade das espécies He2 e He2+.
Moléculas poliatómicas. Moléculas poliatómicas e geometria molecular: casos da H2O, CH4 , BeH2
e SF6. Discussão da ligação nas moléculas de etileno, butadieno e benzeno: orbitais moleculares
localizadas e deslocalizadas. Ressonância.
3 – Estrutura molecular e Espectroscopia
3.1 Funções, Superfícies e Hiper-superfícies de energia potencial
Graus de liberdade
Níveis de energia e distribuição de população de Boltzmann.
Noções de Simetria Molecular. Elementos de simetria e operações de simetria.
Classificação das moléculas em Grupos de Simetria
O espectro como resultado da interação radiação-matéria. Operador momento da transição
3.2 Espectroscopia rotacional
Espectroscopia rotacional de moléculas diatómicas: energia rotacional, número quântico
rotacional, regras de selecção usando os modelos do rotor rígido e não rígido. Espectroscopia
rotacional de moléculas poliatómicas: momentos de inércia e classificação das moléculas de acordo
com valores relativos de momentos de inércia
3.3 Espectroscopia vibracional
Espectroscopia vibracional de moléculas diatómicas: energia vibracional, número quântico
vibracional e regras de selecção usando os modelos do oscilador harmónico e anarmónico.
Espectroscopia vibracional de moléculas poliatómicas: modos normais de vibração e sua
actividade em Infravermelho. Difusão de Raman, polarizabilidade de moléculas e regras de
selecção.
3.4 Espectroscopia electrónica
Espectroscopia electrónica de moléculas diatómicas: transição entre estados electrónicos e
progressão vibracional. Princípio de Frank-Condon. Relaxação de moléculas electronicamente
excitadas: fluorescência e fosforescência. Cinética dos processos de absorção e emissão estimulada
e emissão espontânea: laser de três níveis
OBJECTIVOS DE APRENDIZAGEM
No final da Disciplina, o aluno deve ser capaz de:
- Descrever os momentos fundamentais da evolução da teoria quântica, numa perspectiva histórica.
- Utilizar os princípios quânticos para explicar a estrutura e propriedades da matéria.
- Seleccionar o modelo ou teoria mais adequado para descrever a ligação química e a estrutura
molecular, de acordo com o rigor pretendido.
- Relacionar a informação obtida por técnicas espectroscópicas com a estrutura e as propriedades
da matéria.
(A lista detalhada dos objectivos de aprendizagem estará disponível na página e-learning da Disciplina).
BIBLIOGRAFIA
P. Atkins, L. Jones, Chemical Principles – the quest for insight, Freeman (3ª Edição).
R. Chang, Chemistry, McGraw-Hill (7ª Edição, 5ª Edição em versão portuguesa)
O Regente da Disciplina
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