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Química Inorgânica Docente: Prof. Ana Cavaleiro Ano Lectivo: 2005/06

Curso(s): Licenciatura em Ensino de Física e Química

Escolaridade: 3h T - 0h TP - 3h P Unidades de Crédito: 3.5

O B J E C T I V O S No final do curso o aluno deve: Conhecer as estruturas cristalinas mais comuns para metais e sólidos iónicos simples e os principios subjacentes. Saber efectuar cálculos simples relacionados com aspectos estruturais. Compreender os factores energéticos e outros condicionantes da formação de sólidos e a sua relação com algumas propriedades físicas. Conhecer e saber aplicar os modelos desenvolvidos para o estudo da energética da formação de sólidos iónicos. Conhecer e ser capaz de aplicar a abordagem termodinâmica ao fenómeno da dissolução de compostos iónicos e moleculares. Conhecer e saber utilizar métodos diagramáticos usados para representar equilíbrios em solução aquosa. Conhecer os diversos tipos de substâncias elementares, saber relacioná-los com a posição dos elementos no quadro periódico e conhecer as características químicas principais de algumas daquelas substâncias. Conhecer e entender os métodos mais comuns de preparação de substâncias elementares. Conhecer os tipos de ligação química observados em compostos com hidrogénio e oxigénio. Conhecer ou ser capaz de prever as fórmulas, nomes, características químicas e reactividade dos vários tipos de hidretos, óxidos e outros compostos com oxigénio. Ter conhecimentos sobre complexos metálicos, nomeadamente sobre nomenclatura, estrutura, isomerismo e reactividade e saber aplicá-los em casos simples. Conhecer de modo simplificado os modelos mais simples aplicados no estudo da estrutura electrónica dos complexos. Saber aplicar estes modelos para explicar propriedades magnéticas, estruturais e espectros electrónicos.

M E T O D O L O G I A A disciplina contém uma componente de natureza prática sujeita a avaliação contínua e uma outra de natureza teórica. Ambas as componentes seguem o mesmo programa. Nas aulas teóricas apresenta-se a matéria programada. Existe um livro elaborado pelo professor correspondendo aos assuntos apresentados nas aulas teóricas, incluindo problemas e questões que os alunos devem considerar e resolver no seu estudo individual. A resolução de alguns destes problemas encontra-se disponibilizada em rede, juntamente com outros elementos de estudo. Os alunos podem esclarecer as dúvidas e discutir as suas dificuldades com o professor nos períodos de atendimento estabelecidos para esse fim. Nas aulas práticas realizam-se experiências, efectua-se a análise, interpretação e apresentação de resultados experimentais e estudam-se questões que permitem compreender os fundamentos dos trabalhos realizados.

A V A L I A Ç Ã O 1. Nota final, N

A nota Final (N) é a média do resultado da avaliação teórica (NT) e Prática (NP) calculada pela seguinte fórmula: N = 0,80 NT + 0,20 NP. A nota prática (NP) é obtida na avaliação contínua realizada nas aulas práticas. A nota teórica (NT) é obtida no sistema de avaliação periódica ou final.

2. Nota, NT, na avaliação por exame final A nota é NT = nota do exame final ou NT = nota do exame de recorrência. Não podem fazer o exame de recorrência os alunos que tendo realizado o exame final nele tenham obtido uma nota inferior a 5 valores. A desistência conta como falta ao exame. Se o aluno realizar os dois exames, será considerada a melhor nota.

3. Nota, NT, na avaliação periódica O aluno pode obter avaliação por este processo mediante inscrição prévia. Haverá 3 testes, cada um correspondendo a uma parte da matéria e NT = média ponderada dos três testes. Os factores de ponderação são 35% para o primeiro teste, 35% para o segundo teste e 30% para o terceiro. Transitam para o regime de avaliação por exame final (não podem realizar o 2º e 3º teste) os alunos que desistirem no 1º teste. A falta ao 1º teste conta como desistência. Se após a realização dos dois primeiros testes o aluno tiver obtido T1 + T2 < 14 não pode realizar o 3º teste e não obtém aprovação na avaliação periódica. A falta ao 2º ou ao 3º teste conta como uma classificação de zero. Podem fazer o exame final os alunos que se inscreverem para avaliação periódica e que tenham desistido durante a realização do primeiro teste.

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Podem fazer o exame de recorrência: Os alunos que tendo obtido aprovação na avaliação periódica pretendam efectuar melhoria de nota. Nestas circunstâncias será considerada a melhor nota. Os alunos excluídos da avaliação periódica por não terem obtido T1 + T2 ≥ 14 após o 2º teste. Os alunos que não obtiverem aproveitamento na avaliação periódica e tiverem NT ≥ 5.

4. Nota, NT, na época de recurso NT = nota do exame de recurso.

5. Notas superiores a 16 Os alunos com NT ≥ 17 farão uma prova oral.

P R O G R A M A

Parte I - Sólidos e Soluções Capítulo 1 - Introdução A tabela periódica. Periodicidade. A importância relativa dos diversos elementos. Revisão de algumas propriedades periódicas: energia de ionização, afinidade electrónica e electronegatividade.

Capítulo 2 - Estrutura de sólidos cristalinos. Conceitos fundamentais. Estrutura cristalina. Empacotamento de esferas rígidas e cristais metálicos. Empacotamento compacto de esferas rígidas. Empacotamento não-compacto de esferas rígidas. Ocupação da célula unitária. Estruturas compactas em cristais reais. Raios atómicos e raios metálicos. Estruturas de cristais iónicos simples de fórmula MX, MX2 e M2X. Estruturas derivadas do empacotamento cúbico compacto. Estruturas derivadas do empacotamento hexagonal compacto. Estrutura do rútilo e do cloreto de césio. Estruturas em camadas ou lamelares. Carácter covalente em ligações predominantemente iónicas. Estrutura cristalina e tamanho dos iões. Relação de raios e número de coordenação. Raios iónicos.

Capítulo 3 - Energética de sólidos. Sólidos iónicos. Energia de rede. Lei de Hess e ciclo termodinâmico. Ciclo de Born-Haber. Equações para a determinação da energia de rede. Raios termoquímicos. Energia de coesão em cristais não iónicos. Efeito das forças de coesão e temperatura de fusão.

Capítulo 4 - Soluções e reacções em solução O fenómeno de dissolução. Estudo termodinâmico da dissolução em água de compostos moleculares e iónicos simples. Equilíbrios ácido-base de Bronsted em solução aquosa. Diagramas de distribuição.

Parte II - Periodicidade e Propriedades Químicas Capítulo 5 - Elementos e seus compostos Substâncias elementares. Tipos de substâncias elementares. Preparação das substâncias elementares. Preparação de substâncias elementares por meio de redução. Redução com carbono e diagramas de Ellingham. Preparação de substâncias elementares por meio de oxidação.

Capítulo 6 - Hidrogénio e hidretos Hidrogénio e seus compostos. Hidrogénio em compostos. Ligação multicentro. Hidretos. Hidretos iónicos. Hidretos moleculares, EHn. Os hidretos moleculares como ácidos e bases de Lewis. Hidretos covalentes, EmHn. Hidretos metálicos e hidretos intermédios. Clatratos.

Capítulo 7 - Oxigénio e seus compostos Oxigénio e suas formas alotrópicas. Espécies com ligação oxigénio-oxigénio. Óxidos simples. Classificação estrutural dos óxidos. Classificação dos óxidos de acordo com as propriedades ácido-base. Alguns óxidos moleculares. Hidróxidos. Peróxidos e superóxidos. Peróxido de hidrogénio. Peróxidos e superóxidos iónicos. Oxoácidos simples. Constantes de ionização dos oxoácidos. Particularidades de alguns oxoácidos. Oxoácidos e oxoaniões poliméricos. Espécies com pontes de oxigénio e elementos do bloco p. Oxoácidos e oxoaniões com concatenação. Peroxoácidos. Polioxoaniões de metais do bloco d. Hidrólise de catiões metálicos. Espécies poliméricas.

Parte III - Química dos Elementos do Bloco d Capítulo 8 - Complexos de metais do bloco d: estrutura e reactividade Complexos de metais do bloco d. Compostos de coordenação ou complexos. Tipos de ligandos. Nomenclatura de compostos de coordenação. Geometria em compostos de coordenação. Número de coordenação e geometria. Breves noções de simetria.

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Isomerismo. Isomerismo de constituição. Estereoisomerismo. Estereoisomerismo em geometria planar quadrada. Estereoisomerismo em geometria tetraédrica. Estereoisomerismo em geometria octaédrica. Reactividade de complexos. Reacções de complexação em solução aquosa. Constantes de estabilidade. Diagramas de distribuição em equilíbrios de complexação. Série de Irving Williams. O efeito quelato. Ácidos e bases duros e moles. Reacções de substituição. Complexos inertes e lábeis. Efeito trans.

Capítulo 9 – Complexos de metais do bloco d: estrutura electrónica e propriedades Teoria do campo do cristal. O modelo do campo do cristal para complexos octaédricos. O modelo do campo do cristal para as diversas geometrias de coordenação. Complexos de spin alto e de spin baixo. Grandeza do desdobramento do campo do cristal e série espectroquímica. Propriedades magnéticas dos complexos. Efeitos estruturais e termodinâmicos do desdobramento de orbitais d. Variação periódica dos raios iónicos. Efeito de Jahn-Teller. Energia de estabilização do campo do cristal. EECC e geometria de coordenação. O modelo das orbitais moleculares. Orbitais moleculares em complexos octaédricos apenas com ligação sigma e diagrama de níveis de energia. Complexos octaédricos com ligação pi e diagrama de níveis de energia. Ligandos dadores e aceitadores pi. Cor e espectros electrónicos de compostos de coordenação. Considerações gerais. Forma e intensidade das bandas. Número de bandas d-d em espectros de complexos octaédricos (spin alto) e tetraédricos. Bandas de transferência de carga

Programa das Aulas Práticas 1. Normas de segurança de laboratório. Avaliação. Regras de funcionamento das aulas práticas de Química

Inorgânica. 2. Preparação de um sólido semicondutor por decomposição térmica de precursores. 3. Cristais e inclusões moleculares 4. Preparação e propriedades de pigmentos inorgânicos. 5. Síntese e caracterização de um composto de coordenação. 6. Propriedades electrónicas de complexos. 7. Determinação da estequiometria de um complexo.

B I B L I O G R A F I A

Geral Ana Cavaleiro, Química Inorgânica Básica, Universidade de Aveiro, 3.ª ed., 2004 C. Housecroft, A. G. Sharpe, Inorganic Chemistry, Prentice Hall, 1ª ed., 2001 D. F. Shriver, P. W. Atkins, C. H. Langford, Inorganic Chemistry, 3rd ed., Oxford University Press, 1999 J. E. Huheey, E. A. Keiter, R. L. Keiter, Inorganic Chemistry, 4th ed., Harper & Row, 1993

Complementar K. F. Purcell, J. C. Kotz, Inorganic Chemistry, Saunders, 1977 F. A. Cotton, G. Wilkinson, P. L. Gaus, Basic Inorganic Chemistry, 2nd ed., John Wiley & Sons, 1987 L. Smart, E. Moore, Solid State Chemistry, 2nd ed., Chapman & Hall, 1995 N. C. Norman, Periodicity of the p-block elements, Oxford University Press, 1994 M. J. Winter, d-Block Chemistry, Oxford University Press, 1994

O Regente da Disciplina