Universidade de Brasília
Faculdade UnB Planaltina
Curso: Ciências Naturais
Disciplina: Química Moderna
Professor Responsável: Alex Fabiano Cortez Campos, Dr.
Horário: segundas-feiras das 14h às 17h40
Horário de atendimento ao discente: quartas-feiras das 14h às 15h50
Turno: Diurno
Turma: A
Plano de Ensino - 1º de 2015
Ementa:
Abordagem introdutória de conceitos fundamentais da química quântica visando ao
entendimento da estrutura da matéria e da reatividade química. Introdução à modelagem molecular
no ensino de Química, por meio do estudo de aspectos básicos de mecânica molecular, cálculos
semiempíricos e ab initio na otimização de geometrias e cálculos de propriedades eletrônicas de
moléculas simples. Estudo das reações nucleares e das aplicações tecnológicas da radioatividade no
contexto científico atual.
Objetivo da disciplina:
Fornecer ao licenciado conceitos fundamentais da química quântica para o entendimento da
estrutura da matéria e da reatividade química. Ainda, objetiva introduzir o licenciado à modelagem
molecular aplicada ao ensino de Ciências Naturais.
Conteúdo Programático:
Parte 1. Descoberta do núcleo atômico. Partículas fundamentais. Padrão de estabilidade nuclear.
Energia de ligação nuclear. Equação de Einstein. Reações nucleares. Leis do decaimento radioativo.
Cinética das desintegrações. Meia-vida dos nuclídeos. Séries radioativas. Fissão e fusão nuclear.
Aplicações tecnológicas das reações nucleares. Efeitos biológicos das radiações de origem nuclear.
Parte 2. Introdução à Química Quântica. Corpo negro e radiação térmica. Teoria quântica de Einstein e
efeito fotoelétrico. A natureza dual da radiação eletromagnética. Postulado de de Broglie e a mecânica
ondulatória (princípio da incerteza e suas conseqüências). Estudo dos modelos atômicos. Operadores.
A equação de Schrödinger. Solução da equação de Schrödinger independente do tempo (potencial nulo,
potencial degrau etc). Átomo de hidrogênio.
Parte 3. Uso de simulações em linguagem Java® na elaboração de propostas didáticas para o ensino de
química para o Ensino Médio. Serão abordados os temas: atomística, reações nucleares, cinética
química, propriedades dos gases e eletrostática.
Parte 4. Introdução à modelagem molecular no ensino de Química. Fundamentos de mecânica
molecular. Campos de força. Introdução aos cálculos semiempíricos e ab initio. Uso de softwares
aplicativos para otimização de geometria e cálculo de propriedades eletrônicas de moléculas simples.
Metodologia de Ensino:
Aulas expositivas, lista de exercício, demonstrações, aplicação de simulações em linguagem
Java® e uso do software aplicativos de modelagem molecular.
Parâmetros de Avaliação:
1) Uma prova escrita individual, equivalente a 30% da nota final. A prova será realizada no dia
13/04/2013. Não haverá prova de reposição, salvo em casos legalmente fundamentados e
comprovados. Não haverá prova substitutiva.
2) Lista de exercícios individual, equivalente a 5% da nota final. A entrega deverá ser feita na data
da prova escrita.
3) Relatório individual de atividade prática didática de simulação computacional de processos
nucleares, equivalente a 15% da nota final. O roteiro para elaboração do relatório será
fornecido pelo professor.
4) Elaboração e apresentação, individual, de uma atividade prática didática utilizando simulação
e/ou modelagem sobre temas selecionados, equivalente a 20% da nota final do semestre. As
datas de apresentação serão divulgadas após a primeira semana de aula. Cada grupo terá até
10 minutos para apresentar a atividade. No dia da apresentação, deverá ser entregue o roteiro
da atividade prática contendo os itens TÍTULO, OBJETIVOS, TÓPICOS FUNDAMENTAIS A SEREM
ABORDADOS, MÉTODOS, EXERCÍCIO(S) PROPOSTO(S) e BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA. Os
temas são 1) Átomo de Hidrogênio, 2) Construção de Átomos, 3) Construção de Moléculas 4)
Lâmpadas de Neônio e Outras Lâmpadas de Descarga, 5) Polaridade das Moléculas e 6)
Geometria Molecular. Os aplicativos com as simulações interativas podem ser baixados
gratuitamente
do
site
da
Universidade
do
Colorado
(http://phet.colorado.edu/en/simulations/category/chemistry) ou ainda podem ser
conseguidos com o professor da disciplina.
5) Relatórios, em grupo, referentes às atividades práticas desenvolvidas no laboratório de
informática, equivalentes a 30% da nota final do semestre. As atividades tratam da utilização
de softwares aplicativos para o estudo de conformação, propriedades eletrônicas e
propriedades termodinâmicas de moléculas simples, por meio de modelagem com mecânica
molecular e cálculos semiempíricos.
A seguinte fórmula será empregada para efeito de cálculo da nota final do semestre:
 6
  Ri
Nota Final = P  0,30  L  0, 05  R  0,15  A  0, 20   i 1
 6




  0,30 ,



em que P: nota da prova escrita; L: nota da lista de exercícios; R: nota do relatório da atividade prática
de processos nucleares; A: nota da atividade didática proposta Ri: nota dos relatórios das práticas de
modelagem molecular.
Bibliografia Básica:
Atkins, P. W. Físico-Química (Vol. 1). Rio de Janeiro: LTC, 1999.
Hewitt, P. G. Física Conceitual. Rio de Janeiro: Bookman, 2002.
Halliday, D; Resnick, R; Walker, J. Fundamentos de Física (vol. 4). Rio de Janeiro: LTC, 2009.
Bibliografia Complementar:
Hollauer, E.Química Quântica. Rio de Janeiro: LTC, 2008.
Oguri, V; Caruso, F. Física Moderna. São Paulo: Campus, 2006.
Periódicos das revistas Química Nova na Escola e Journal of Chemical Education.
2
Cronograma:
Aula
1
2
3
4
5
6
DATA
CONTEÚDO
- Apresentação da disciplina e discussão do plano de ensino.
- Composição dos grupos para as atividades práticas.
- Sorteio dos temas para apresentação da atividade didática.
- Introdução à Físico-Química Nuclear
- Descoberta do núcleo atômico
- Algumas propriedades dos núcleos
- Padrão de estabilidade nuclear
- Energia de ligação nuclear
- Radioatividade natural
- Decaimento alfa
- Mecanismo do decaimento alfa
- Decaimento beta
- Mecanismo do decaimento beta
- Emissão gama
- Propriedades das emissões
- Detecção da radiação
- Cinética das desintegrações
- Constante radioativa
- Meia –Vida
- Séries radioativas
- Radioatividade artificial
- Fissão nuclear
- Fusão nuclear
- O Uso da Energia Nuclear
- Aplicações da Radioatividade
7
Prova
8
- Uso de simulações computacionais em aulas didáticas
9
10
11
12
- Espectros Atômicos de Emissão
- Modelo Atômico de Bohr
- Números Quânticos
- Radiação de Corpo Negro
- Características Corpuscular e Ondulatória da Luz
- Hipótese de De Broglie
- Função de Onda
- Equação de Schrodinger
- Princípio da Incerteza de Heisenberg
- Interpretação da Função de Onda
- Resolução da Equação de Schrodinger Unidimensional (Partícula Livre e Partícula em
uma Caixa)
13
- Resolução da Equação de Schrodinger Para o Átomo de Hidrogênio
14
Apresentação das Atividades Didáticas
15
Apresentação das Atividades Didáticas
3
16
Apresentação das Atividades Didáticas
17
- Introdução à Modelagem Molecular
18
- Introdução à Modelagem Molecular
19
- Introdução à Modelagem Molecular
20
- Prática 1 – Análise Conformacional do Etano-Butano
21
- Prática 2 – Análise Conformacional do Ciclo-hexano
22
- Prática 3 – Análise Conformacional do Metilciclo-hexano
23
- Prática 4 – Estudo da Energia de Barreira de Rotação de Ligações Carbono-Carbono
Utilizando Mecânica Molecular
24
- Prática 5 – Calor de Combustão
25
- Prática 6 – Estudo da Reatividade de Compostos Aromáticos Substituídos
26
Entrega dos relatórios de prática
27
28
29
30
O presente plano de ensino é sujeito a mudanças mediante aviso prévio do professor aos estudantes.
4