Resumo de Físico-Química e Estrutura Atómica

Teoria de Bohr e Efeito Fotoelétrico

• Teoria de Bohr: 1 electrão emite um fotão quando decai de uma órbita de energia mais elevada para uma de menor energia. A libertação de energia sob a forma de fotões explica as riscas do espectro de emissão do hidrogénio ($n_2 \rightarrow n_1$).
• Efeito Fotoelétrico (Einstein): Quanto mais energético for o fotão, maior é a energia cinética do electrão ejectado; quanto mais intenso for o feixe de luz, mais fotões possui e maior é o número de electrões emitidos pelo alvo metálico.
• Energia de Planck: $\Delta E = h\nu$; $\Delta E = hc/\lambda$ (onde $\nu$ = frequência, $h$ = constante de Planck, $c$ = velocidade da luz).

Ácidos, Bases e Soluções Tampão

• Ácido Forte: Não se presta à constituição de uma solução tampão porque a sua base conjugada é fraca, não ocorrendo a reação inversa (ácido forte com reagentes todos consumidos).
• Espécie Anfótera ($\text{HCO}_3^-$): Pode atuar como ácido ou como base porque tem tanta facilidade em doar um electrão como em receber.
• Determinação do pH:
  • Solução 0,35 M em $\text{NH}_3$: $\text{pH} = -\log[\text{OH}^-]$, $\text{pOH} = -\log[\text{OH}^-]$, $K_b = \frac{[\text{NH}_4^+][\text{OH}^-]}{[\text{NH}_3]} \approx 1.8 \times 10^{-5} = \frac{x^2}{0.35 - x}$
  • Solução 0,35 M em $\text{NH}_3$ e 0,25 M em $\text{NH}_4\text{Cl}$: $K_b = \frac{0.25x}{0.35}$, $[\text{H}^+] = \frac{10^{-14}}{x}$, $\text{pH} = -\log[\text{H}^+]$

Termodinâmica e Reações Químicas

• Reação Espontânea: Se $\Delta G < 0$, a reação ocorre no sentido direto.
• Reação Exotérmica: Libertar energia sem recorrer a processos químicos, com $\Delta H < 0$.
• Lei de Dalton: A pressão total de uma mistura de gases é a soma das pressões que cada gás exerceria se estivesse sozinho.
• Comportamento Ideal dos Gases: Ocorre a baixas pressões e altas temperaturas. (Exemplo: $220\text{ g}$ de $\text{CO}_2$ contidos num $V = 10\text{ l}$ a $177\text{ ºC}$, $T = 450\text{ K}$, $PV = nRT$).
• Equações e Variações Energéticas:
  • $\Delta E = \Delta H + p\Delta V$
  • Trabalho: $W = -p\Delta V$; $W = \Delta nRT$
  • Entalpias de Reação: $\Delta H^0_R = \Delta H^0_f(\text{produtos}) - \Delta H^0_f(\text{reagentes})$
  • Entropia e Energia de Gibbs: $\Delta S^0_R = \Delta S^0(\text{produtos}) - \Delta S^0(\text{reagentes})$, $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$

Propriedades Físicas e Estrutura Atómica

• Densidade da Água: A água mais fria desce para o fundo e a mais quente sobe. Este movimento de convecção natural continua até que a temperatura da água seja homogénea ($4\text{ ºC}$). Abaixo desta temperatura, a densidade da $\text{H}_2\text{O}$ começa a diminuir, de modo que a água já não desce. Arrefecendo mais, a $\text{H}_2\text{O}$ começa a congelar e não afunda porque é menos densa em estado sólido (gelo) do que no estado líquido.
• Isótopos: Átomos com o mesmo número atómico mas diferente número de massa (ex: $^1\text{H}$ - protio; $^2\text{H}$ - deuterio; $^3\text{H}$ - trício).
• Princípio de Pauli: Cada orbital molecular só pode ter no máximo 2 electrões.
• Catalisadores: Substâncias que alteram a velocidade com que se atinge o estado de equilíbrio.
• Tabela Periódica: Organizada por grupos e períodos. O mesmo grupo indica o mesmo número de electrões de valência; o período indica o número de orbitais.
• Afinidade Electrónica: Quanto mais negativa for, maior é a tendência do átomo para captar 1 electrão [$\text{X}_{(g)} + e^- \rightarrow \text{X}_{(g)}^-$].
• Forças Intermoleculares: Maiores forças intermoleculares correspondem a maiores temperaturas de ebulición. Exemplo: $\text{CH}_4$ (apolar) vs $\text{NH}_3$ (polar, apresenta maior temperatura de ebulição).
• Momento Dipolar: $\vec{\mu} = q \cdot d$ ($q$ = valor da carga eléctrica, $d$ = distância de carga).

Oxirredução e Eletroquímica

• Redox: Transferência de electrões (variação do número de oxidação).
• Ácido-Base: Transferência de protões.
• Acerto de Reações: $\text{Cl}_2 + 2e^- \rightarrow 2\text{Cl}^-$, $\text{SO}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{SO}_4^{2-} + 2e^- + 4\text{H}^+$.
• Navios e Zinco (Proteção Catódica): $E = (0.76) - (0.44)$. Reduzida (cátodo) - Ferro; Oxidada (ánodo) - Zinco.

Solidificação de Metais e Cristalografia

• Divisão da Solidificação dos Metais: Nucleação (homogénea ou heterogénea) e crescimento do núcleo, que origina cristais e forma uma estrutura de grão.
  • Variação de energia livre: $\Delta G_r = \frac{1}{3}\pi r^3 \Delta G_v + 4\pi r^2 \gamma$
  • Raio crítico do núcleo: $r = \frac{-2\gamma T_m}{\Delta H_s \Delta T}$
• Parâmetros Celulares:
  • $\sqrt{3}a = 4R$ (Cúbica de Corpo Centrado - CCC)
  • $\sqrt{2}a = 4R$ (Cúbica de Face Centrada - CFC)
  • Fator de Compacidade Atómica (FCA) = $\frac{\text{Volume dos átomos na célula unitária}}{\text{Volume da célula unitária}}$