Estrutura Atómica e Molecular
Descrição
Objetivos
A. Competências específicas:
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O estudante deve ter alguma compreensão da necessidade sentida pelos físicos do início do Séc. XX de ultrapassarem a Mecânica de Newton.
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O estudante deve compreender os princípios básicos da Mecânica Quântica numa linguagem elementar.
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O estudante deve saber interpretar e manipular as expressões quantitativas relativas ao efeito fotoelétrico e à interpretação de Einstein.
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O estudante deve saber escrever os operadores da energia cinética e potencial e construir a equação de Schrödinger para os sistemas suscetíveis de solução exata.
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O estudante deve conhecer bem o significado de amplitude de probabilidade, de densidade de probabilidade e o fenómeno da interferência quântica.
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O estudante deve compreender bem o comportamento das soluções para o problema de uma partícula numa caixa unidimensional, interpretando a resposta da solução às alterações dos parâmetros massa da partícula e comprimento da caixa; deve interpretar corretamente o papel do número quântico.
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O estudante deve saber escrever a equação de Schrödinger para um rotor rígido e interpretar as soluções desta equação e relacioná-las com os níveis de energia respetivos.
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O estudante deve saber escrever a equação de Schrödinger para um oscilador harmónico e interpretar as soluções desta equação e relacioná-las com os níveis de energia respetivos.
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O estudante deve saber escrever a equação de Schrödinger para o átomo de hidrogénio e compreender o conjunto das suas soluções nas suas componentes radial e angular e respetivos valores da energia.
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O estudante deve saber construir a equação de Schrödinger para o átomo de hélio e compreender, nas suas linhas mais gerais, a estrutura eletrónica nos átomos polieletrónicos.
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O estudante deve compreender as características gerais da estrutura eletrónica dos átomos e a ligação desta ao espectro eletrónico.
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O estudante deve compreender de forma elementar os espectros vibracionais de moléculas.
B. Competência transversais:
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Trabalho em grupo para a realização de trabalhos laboratoriais e elaboração dos respetivos relatórios.
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Apresentação oral e preparação de instrumentos de apoio a essa apresentação.
Programa
- Dificuldades da Física pré-quântica na descrição de certos fenómenos.
1.1. Introdução
1.2. Radiação do corpo-negro
1.3. Hipótese da quantificação da energia
1.4. Dualidade onda-partícula
- A linguagem da Mecânica Quântica (M.Q.).
2.1. Introdução - Operadores e outros tópicos matemáticos
2.2. Equação de Schrödinger; Hamiltoniano e Função de Estado
2.3. O Princípio de Incerteza de Heinsenberg
2.4. Interpretação de Born da Função de Estado
2.5. Características gerais de uma Função de Estado
2.6. Postulados da M.Q.
2.7. O modelo da “Partícula na Caixa”
2.7. Os modelos da “Partícula no Anel e na Esfera”
- Átomo de Hidrogénio
3.1. Revisão das suas propriedades e estrutura eletrónica.
3.2. Relacionamento dessas propriedades com as soluções encontradas pela M.Q.
3.3. Regras de selecção nas transições electrónicas
3.4. Spin electrónico
3.5. Acoplamento spin-orbital
3.6. Estrutura fina do espectro de emissão
3.7. Diagramas de Grotrian
- Átomos polielectrónicos
4.1. Aproximação orbital
4.2. Revisão das suas propriedades e estrutura eletrónica (energias orbitais, energia electrónica total, configuração electrónica, energia de ionização, afinidade electrónica)
4.3. Impossibilidade de soluções analíticas da equação de Schrödinger
4.4. Soluções apresentadas pela M.Q.
4.5. Modelos para a resolução numérica equação de Schrödinger
4.6. Correlação eletrónica
4.7. Transições eletrónicas
4.8. Termos eletrónicos
- Estrutura Molecular
5.1. Aproximação de Born-Oppenheimer
5.2. Curvas, superfícies e hipersuperfícies de energia potencial
5.3. Teoria das Orbitais Moleculares
5.4. Modelo de combinação linear de orbitais atómicas (LCAO)
5.5. Molécula de H2+
- Espetroscopia
6.1. Interacção entre matéria e radiação eletromagnética
6.2. Espetros vibracional e rotacional
6.3. Aplicações da espetroscopia em química e astrofísica.