Programa da Disciplina – Química do 12ºAno

Unidade 1 – Metais e ligas metálicas

1.1 Metais e Ligas Metálicas
1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
•Perspetiva histórica da utilização dos metais: era do cobre, era do bronze e era do ferro; a “era” do aço e a “era” dos novos materiais
• Algumas aplicações dos metais no presente e no futuro próximo
• Metais: matérias-primas não renováveis
• Composição de uma liga metálica
1.1.2. Um outro olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos
• Os elementos metálicos na Tabela Periódica (blocos s, p, d, f)
• Os Metais de Transição: a especificidade das orbitais d
• Os Metais de Transição Interna e as orbitais f
1.1.3. Estrutura e propriedades dos metais
• A ligação metálica
• Propriedades características dos metais como substâncias ou materiais: brilho, maleabilidade, ductilidade, condutibilidade térmica e elétrica
• Sólidos metálicos versus outros tipos de sólidos (iónicos, covalentes, moleculares)
• Ligas metálicas: aço e aço inoxidável, bronze, “ouro”, “prata de lei”, amálgamas, estanho, latão, constantan, cuproníquel, solda, “metais” com memória de forma
• A reciclagem de metais
• Um ciclo de Cobre

1.2. Degradação dos Metais
1.2.1. Corrosão: uma oxidação indesejada
• A corrosão como uma reação de oxidação redução
• A importância do meio nas reações de oxidação-redução
1.2.2. Pilhas e baterias: uma oxidação útil
• As pilhas como fonte de energia
• A reatividade dos metais e o Potencial Padrão de elétrodo
• A espontaneidade das reações redox
• As pilhas no quotidiano: pilhas alcalinas, pilhas recarregáveis, baterias e acumuladores
• As pilhas do futuro: pilhas de combustível ou a combustão à distância
1.2.3. Proteção de metais
• As ligas metálicas e a resistência à corrosão
• A proteção catódica
• Proteção de superfície: galvanoplastia e anodização
• Corrosão e proteção de metais
• Construção de uma pilha com diferença de potencial determinada
1.3. Metais, Ambiente e Vida
1.3.1. Dos minerais aos materiais metálicos
• Os minerais como fonte de metais: óxidos e sulfuretos
• A exploração mineira e seu impacto ambiental
• Processos mais utilizados de extração de metais
• Extração por redução: métodos químicos e eletrolíticos
• A eletrólise: uma reação química forçada
1.3.2. Metais, complexos e cor
• Complexos e compostos de coordenação
• O caso dos detergentes com EDTA
• Estabilidade de complexos: constantes de formação
• Determinação do Ca2+ e Mg2+ em alimentos por formação de complexos
• A cor nos complexos
• A cor e a composição quantitativa de soluções com iões metálicos
1.3.3. Os metais no organismo humano
• Metais essenciais e metais tóxicos
• A hemoglobina e o transporte de gases no sangue
• O caso do CO2 indispensável: efeito tampão
• Funcionamento de um sistema tampão
1.3.4. Os metais como catalisadores
• A importância dos catalisadores na vida e na indústria
• Catalisadores de automóveis e poluição
• Catalisadores industriais e economia
• Catalisadores biológicos: enzimas e a química da vida
• Catálise enzimática:
• efeito da temperatura e de um inibidor sobre uma reação bioquímica
• Catálise homogénea e catálise heterogénea
• Mecanismos de catálise: estado de transição e energia de ativação
• Os metais em catálise

 Unidade 2 – Combustíveis, Energia e Ambiente

 2.1. Combustíveis fósseis: o carvão, o crude e o gás natural
• O papel dos combustíveis fósseis no desenvolvimento mundial: problemas políticos, económicos e sociais
• Os combustíveis fósseis: o carvão, o crude (petróleo bruto) e o gás natural
• O que são
• Como são extraídos
• Como se transportam
2.1.1. Do crude ao GPL e aos fuéis: destilação fracionada e cracking do petróleo
• Destilação fracionada (destilação a pressão atmosférica e a pressão reduzida) do crude: GPL, gasolina e nafta, querosene, gasóleo e resíduos (fuéis)
• Gasolina de Verão e de Inverno: quais as diferenças
• Destilação fracionada de uma mistura de 3 componentes
• Cracking catalítico
• Ciclo alcanos e alcenos: nomenclatura e isomeria
• Isomeria de cadeia e de posição nos alcanos e nos álcoois
• Isomeria de grupo funcional entre álcoois e éteres
• Outras famílias de hidrocarbonetos: alcinos e aromáticos
• Isomeria geométrica em alcenos
• Uso de zeólitos como catalisadores nas reações de isomerização e de cracking
• Estrutura dos alcanos, alcenos e alcinos: teoria da ligação de valência (TLV) hibridizações sp3, sp2 e sp e teoria das orbitais moleculares (TOM)
• Os aditivos da gasolina: do tetra-etil-chumbo ao álcool e ao MTBE
• O significado de “ índice de octano” da gasolina e os processos de o aumentar
• Nomenclatura IUPAC dos álcoois e dos éteres
• Outras substâncias indesejáveis da gasolina: o enxofre, o benzeno e outros hidrocarbonetos aromáticos
• O benzeno e outros hidrocarbonetos aromáticos
• Estrutura do benzeno: um híbrido de ressonância
• Eletronegatividade e a polaridade de ligações e de moléculas
• Verificação do efeito da adição de uma substância não volátil e não iónica nos pontos de fusão e de ebulição da água
 2.1.2. Os combustíveis gasosos, líquidos e sólidos: compreender as diferenças
• Gás das botijas e o gás de cidade como gases reais
• Gases reais versus gases ideais
• A equação dos gases ideais
• Combustíveis líquidos e sólidos: evidência da existência de forças intermoleculares
• Tipo de forças intermoleculares em diferentes interações “moleculares”
• As forças intermoleculares e os estados físicos das substâncias
• Como variam as propriedades físicas dos alcanos em função da cadeia carbonada 
2.1.3. Impacto ambiental da Indústria Petroquímica
• Problemas ecológicos: marés negras
• Produtos da combustão dos combustíveis e poluição atmosférica
• Conversores catalíticos
2.1.4. Combustíveis alternativos e algumas alternativas aos combustíveis
• Problema do limite dos recursos naturais
• A energia dos combustíveis: a eficiência no uso, a necessidade de a economizar e as implicações ambientais da sua utilização
• Combustíveis alternativos: hidrogénio, álcool, bioálcool, biodiesel e biogás
• Produção de um biodiesel a partir de óleos alimentares queimados – APL
• A reciclagem de materiais orgânicos como fonte de obtenção de combustíveis
• O trabalho dos químicos no melhoramento dos combustíveis e na procura de um fuel do futuro: a economia no uso de oxigenados e de hidrogénio
• Vantagens e inconvenientes da utilização de combustíveis alternativos
• Alternativas aos combustíveis: metas e recursos
• As células de combustível, células fotovoltaicas e aerogeradores
• A energia nuclear

 2.2. De onde vem a energia dos combustíveis
2.2.1. Energia, calor, entalpia e variação de entalpia
• Entalpia H e variação de entalpia de uma reação
• Variações de entalpia de reação ΔrH :convenção de sinais e condições padrão: entalpia – padrão
• Diagrama de energia associado a uma reação química
• Variações de entalpia associadas a diferentes tipos de reações: Entalpia padrão de combustão ΔcHº e Entalpia-padrão de formação ΔfHº
• Determinação da entalpia de neutralização da reação NaOH(aq) + HCl(aq)
• Cálculo da entalpia de uma reação a partir das entalpias de formação: Lei de Hess: ou da aditividade das entalpias-padrão de reação
• A energia dos combustíveis e a entalpia de combustão
• Determinação da entalpia de combustão de diferentes combustíveis líquidos (hexano, hexanol)
• Percentagem de oxigénio na molécula de um combustível versus energia libertada na combustão.
• “Poder calorífico” de um combustível em função do número de átomos de carbono da cadeia e da posição da função álcool
• Determinação da entalpia de combustão de diferentes álcoois: metanol, etanol, propan-1-ol, propan-2-ol e butan-1-ol e comparação dos valores obtidos com os valores tabelados
• A reciclagem de materiais orgânicos como fonte de obtenção de combustíveis
2.2.2. Equivalência massa-energia: um assunto nuclear
• Energia de ligação nuclear e estabilidade dos núcleos
• A estabilidade/instabilidade nuclear e o decaimento radioativo
• Emissões radioativas: partículas alfa e beta e radiações gama
• Período de decaimento ou tempo de meia vida
• Fontes naturais e artificiais de radioatividade
• Datação e radioatividade
• Medidores (detetores) de radioatividade
• Reações nucleares: a fusão nuclear e a fissão (cisão) nuclear
• Equivalência massa-energia e as reações nucleares

 Unidade 3 – Plásticos, Vidros e Novos Materiais

 3.1. Os plásticos e os estilos de vida das sociedades atuais
• Plásticos, ambiente e desenvolvimento económico
• Vantagens e desvantagens dos plásticos face a outros materiais
• A Indústria de plásticos em Portugal: perspetiva histórica e importância socioeconómica 

3.2. Os plásticos e os materiais poliméricos
• O que são materiais plásticos
• O que são polímeros: macromolécula e cadeia polimérica
• Aplicações dos polímeros e polímeros para fins específicos (mobiliário, equipamentos elétricos, próteses cirúrgicas, transportes, equipamentos desportivos e domésticos, tintas e revestimentos de superfícies, têxteis, embalagens …)
• Termoplásticos e plásticos termofixos (comportamento perante o aquecimento e sua relação com a estrutura)
• Polímeros naturais, artificiais e sintéticos (matérias primas e suas fontes)
• Código de identificação de plásticos (origem e implicações)
• Identificação de plásticos por testes físico-químicos

 3.3. Os plásticos como substitutos de vidros
 • Propriedades de plásticos e propriedades de vidros: semelhanças e diferenças
• O que são vidros: composição e estrutura (óxido de silício/sílica…….)
• Alguns tipos de vidros comercializados (vidro-janela, pyrex, vidro-cristal, laboratório, vidro ótico, fibra de vidro, …)
• Índice de refração de materiais transparentes à luz (vidros, plásticos, ar e água)
• Estrutura polimérica, estrutura vítrea e estrutura cristalina
• Plásticos substitutos de vidros: caso do Perspex (transparência); plásticos resistentes ao aquecimento (substitutos do Pyrex); outros …
• Reciclagem de vidros: condicionantes do processo e características do produto final
• A indústria vidreira em Portugal: perspetiva histórica, matérias-primas e “cargas”
• Ação dos fundentes (catiões metálicos) na rutura de ligações químicas Si-O-Si e na diminuição da temperatura de fusão
• Cristais e vidros 

3.4. Polímeros sintéticos e a indústria dos polímeros
• Obtenção de polímeros sintéticos: monómeros e reações de polimerização
• Homopolímeros e co-polímeros
• Monómeros e grupos funcionais: álcoois, ácidos carboxílicos, cloretos de ácido, aminas, amidas, éteres, ésteres, aldeídos e cetonas
• Reações de síntese: formação de poliésteres e de poliamidas (estudo de casos particulares)
• Polímeros de condensação: poliésteres, poliamidas e poliálcoois
• Reações de polimerização de condensação (iniciação, propagação e finalização)
• Polímeros de adição
• Reações de polimerização de adição (iniciação, propagação e finalização)
• Borracha natural, sintética e vulcanizada
• Grau de polimerização e massa molecular relativa média
• Polímeros lineares e reticulados
• Família de polímeros e marcas registadas
• A indústria dos plásticos na sociedade contemporânea (destacar produtos, marcas e utilizações para fins específicos no contexto mundial)
• A reciclagem de plásticos (plásticos recicláveis e plásticos reciclados – vantagens e limitações dos processos e dos produtos; degradação das cadeias poliméricas)
• Síntese de polímeros (poliamida – nylon 6.6, poliuretana, poliacrílica – polimetacrilato de metilo e poliácido láctico)
• Visita a uma instalação industrial (vidros e/ou plásticos)

 3.5. Novos materiais: os biomateriais, os compósitos e os materiais de base sustentada
• O que são biomateriais e suas aplicações
• Tipos de biomateriais: bioplásticos, plásticos biodegradáveis e plásticos de origem biológica
• Os compósitos
• Processos e conceitos de modificação de polímeros: a degradação, a biodegradação, a mineralização, a biodegradabilidade e polímeros biodegradáveis
• Plásticos biodegradáveis e sua obtenção
• O que são materiais de base sustentável

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