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Alexandre Cabral Departamento de Física, Laboratório de Óptica, Lasers e Sistemas, Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa
Esta Oficina tem como objetivo desenvolver diversas experiências, com materiais do dia-a-dia, e com elas explorar os diversos fenómenos da luz, desde a simples reflexão à complexa difração.
Cada um dos fenómenos será trabalhado em conjunto por todos os participantes para que, por um lado, se mostre o lado mágico dos fenómenos luminosos e, por outro, seja possível demonstrar de forma fácil a física por detrás de cada um deles.
Grégoire Bonfait Departamento de Física, Laboratório de Instrumentação, Engenharia Biomédica e Física das Radiações, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa
Nesta oficina, determinaremos as caraterísticas Tensão-Corrente de vários dispositivos destinados à iluminação das nossas casas. Aproveitaremos para comparar a temperatura do filamento duma lâmpada de incandescência e de halogénio. Discutir-se-á sobre a maneira de implementar, a baixa custo, este tipo de experiência no ensino básico ou secundário.
João Cruz Departamento de Física, Laboratório de Instrumentação, Engenharia Biomédica e Física das Radiações, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa
Nesta atividade, a realizar no Laboratório de Física Nuclear, trabalhar-se-á com sistemas de deteção de radiação ionizante emitida por fontes radioativas. Cada um destes sistemas é constituído por um detetor que converte a energia cinética da radiação ionizante num impulso elétrico que é posteriormente processado por uma cadeia de módulos eletrónicos que permitem obter um espetro de energia da fonte radioativa em estudo. Estarão em operação cinco sistemas diferentes dado que o detetor de radiação e eletrónica associada a utilizar dependem do tipo de radiação que se pretende medir (partículas alfa, beta, gama e também raios-X).
José Figueiredo Departamento de Física, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve
Todos os processos de comunicação mais correntes envolvem, de uma forma ou de outra, a transdução dos sinais que carregam a informação. A emissão de um programa de televisão em direto, por exemplo, implica a transformação, em tempo real, de sinais sonoros, inicialmente na forma de ondas acústicas, e de sinais luminosos, na forma de padrões de intensidade luminosa (imagens), em sinais elétricos usando microfones, no caso do som, e sensores óticos, no caso dos padrões luminosos. Estes sinais elétricos que carregam a informação de áudio e de imagem são usados para modular ondas eletromagnéticas, as ondas portadoras, cujas frequências são da ordem de centenas ou milhares de megahertz (MHz). Os sistemas de comunicação mais modernos envolvem quase sempre o uso de fibras óticas como o canal de transmissão de ondas portadoras nas bandas do infravermelho e/ ou do visível (ondas eletromagnéticas com frequências na ordem de centenas de terahertz). Nesta oficina discute-se as formas mais comuns de gerar e detetar ondas eletromagnéticas nas bandas das micro-ondas/ ondas milimétricas, do infravermelho e do visível, e descrevem-se as funcionalidades essenciais dos diferentes blocos de um sistema de comunicação, os processos de transdução, de modulação, desmodulação, através da realização de demonstrações de sistemas de comunicação com fios (fibras ópticas) e sem fios (através do ar) que empregam portadoras nas bandas visível e das micro-ondas do espectro eletromagnético.
Francisco Serafim Agrupamento de Escolas de Ferreira do Alentejo – Escola Secundária com 3º Ciclo José Gomes Ferreira, Sociedade Portuguesa de Física Augusto Moisão Escola Secundária com 3º Ciclo D. Manuel I - Beja
Uma das atividades experimentais do currículo do 10º ano aborda a obtenção da energia elétrica a partir da luz solar. Utilizando um painel fotovoltaico, investigam-se propriedades como a potência máxima disponibilizada pelo painel, o eletrodoméstico (representado por uma resistência variável) que permite o melhor rendimento, a inclinação do painel em relação aos raios luminosos e o respetivo rendimento.
Nesta oficina propomos realizar a atividade investigando todas as propriedades que constam do programa disciplinar e ainda simular e analisar a influência da nebulosidade na eficácia dos painéis.
Isabel Catarino Departamento de Física, Laboratório de Instrumentação, Engenharia Biomédica e Física das Radiações, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa
O efeito fotoelétrico consiste na libertação de eletrões da superfície de um material exposto à radiação eletromagnética (luz), estando a energia desses electrões relacionada com a frequência da luz (côr) que ilumina a superfície mas não com a sua intensidade.
Uma das experiências possíveis de fazer para observar este efeito consiste em montar um circuito colector da corrente dos fotoeletrões onde se pode aplicar um campo elétrico retardador para os electrões. Iluminando a amostra com luz monocromática e variando a diferença de potencial entre o emissor e o coletor dos electrões, que regula o campo eléctrico, é possível observar-se um potencial de paragem para o qual a corrente elétrica se extingue.
Nesta oficina pretende determinar-se o potencial de paragem para várias frequências (f) usando filtros sobre a luz ambiente. Para tal mede-se a corrente de fotoeletrões para um filtro, em função do potencial retardador, que se vai aumentando até que a corrente se extinga. Esse potencial de paragem deverá ser independente da intensidade luminosa: para o observar repetir-se-á a experiência reduzindo e/ ou aumentando a intensidade luminosa ambiente. Trocando de filtro altera-se o comprimento de onda e poderá medir-se um novo valor de potencial de paragem. Um conjunto de medidas de frequência da luz que ilumina a amostra e respectivos potenciais de paragem permite observar num gráfico a linearidade entre estes dois parâmetros e a partir dela inferir o valor da constante de Planck.
José Luís Ferreira Departamento de Física, CENIMATi3N, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa
Os microcontroladores são pequenos circuitos eletrónicos integrados, programáveis, capazes de medir tensão elétrica e de gerar sinais para, por exemplo, controlar a intensidade da luz de um LED ou fazer atuar um motor.
As placas Arduino foram concebidas para permitirem ao utilizador aceder, de uma forma fácil, a todas as funcionalidades dum microcontrolador. A programação, que permite instruir o microcontrolador sobre as ações a executar, é feita num ambiente de programação simples, com funções muito completas que facilitam a programação mesmo a quem nunca aprendeu uma linguagem de programação.
Por ser uma plataforma eletrónica em licença de código-aberto as placas Arduino têm um custo muito baixo e o ambiente de programação é distribuído gratuitamente, estando disponível um vasto conjunto de recursos que facilitam a tarefa de aprendizagem de quem se está a iniciar.
Numa primeira fase da atividade vai dar-se a conhecer as caraterísticas principais dos microcontroladores ATmega328 instalados em placas Arduino e o ambiente de desenvolvimento da programação. Depois os participantes irão criar programas de controlo com base em exemplos fornecidos, por forma a interagir com alguns componentes eletrónicos como LEDs, potenciómetros, resistências, etc., que serão instalados em placas de ensaio. Pretende-se que estes exemplos possam ser usados tanto em ambiente de sala de aula, como num contexto de clubes de ciência.
Fátima Raposo, Paulo Ribeiro Departamento de Física, Centro de Física e Investigação Tecnológica, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa
A oficina de ótica integra dois aspetos fundamentais: a formação de imagem e a natureza da luz. A oficina em si consiste em ativividades que envolvem experimentação, observação e concetualização no sentido da aplicação. Assim, na formação de imagem, serão experimentalmente observadas as características das imagens obtidas por refração em lentes esféricas, verificadas as leis que as regem e os princípios subjacentes, os quais serão utilizados para demonstração de fenómenos como a projeção de imagem e a visão. Do ponto de vista da natureza da luz os enfoques serão a difração da luz por obstáculos e o espetro das luzes. No caso da difração será feita a observação experimental do fenómeno, a verificação das leis que o regem e dos princípios subjacentes, os quais serão utilizados para a determinação duma distância física. Serão observados os espectros de diferentes fontes de luz utilizadas no dia a dia e feita a sua comparação com as sensações que produzem.
Célia Henriques Departamento de Física, CENIMATi3N, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa
Nesta oficina são propostas várias atividades previstas nos programas atuais. Previamente à realização das atividades por parte dos participantes dar-se-á início à monitorização da variação da temperatura de um corpo quente (experiência enquadrada no programa do 10º ano). As restantes atividades serão realizadas pelos participantes em grupos de 2. A seguir indicam-se as experiências que estarão disponíveis bem como tempos indicativos para a sua realização.- Ressalto de uma bola (10º ano): aquisição de dados em tempo real com recurso a um sonar (15 min).- Descarga de um condensador (12º ano): utilização do multímetro e do osciloscópio para a análise da curva de descarga (35 min).- Indução eletromagnética (11º ano): análise do fenómeno com recurso ao osciloscópio (40 min). Adicionalmente estará disponível material que permitirá aos participantes proceder à caracterização de resistências, díodos e pilhas (30 min).Os participantes poderão gerir o tempo de dedicação às experiências de acordo com as suas preferências. Todas as experiências disporão de um guião onde serão sugeridos procedimentos de montagem e recolha de dados. No final da oficina os resultados das experiências serão discutidos com o conjunto dos participantes (45 min).
Rui Lobo Departamento de Física, Instituto de Desenvolvimento de Novas Tecnologias, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa
Os microscópios de varrimento por sonda próxima criados nos finais do século XX e aperfeiçoados neste início de século constituíram um passo decisivo em Nanofísica e Nanotecnologia. Eles permitem obter imagens da superfície de amostras com resoluções que variam de técnica para técnica podendo mesmo em alguns casos atingir resolução atómica. Ao contrário dos métodos de microscopia eletrónica, as amostras não precisam na maior parte dos casos de ser analisadas em condições especiais de pressão e temperatura. Existe atualmente uma grande família de técnicas, mas pode dizer-se que todas elas se baseiam nas interações existentes entre uma sonda e a superfície da amostra, as quais são registadas durante o varrimento da primeira a muito curtas distâncias da segunda. Está previsto na sessão mostrar-se o funcionamento básico de duas das principais técnicas: a Microscopia de Força Atómica (AFM) e a Microscopia de Efeito Túnel Quântico (STM).
Ana Pardal Departamento de Tecnologias e Ciências Aplicadas, Instituto Politécnico de Beja
O carbono do solo provém, principalmente, da matéria orgânica a qual pode ser definida como uma soma de todas as substâncias orgânicas, composta por uma mescla de resíduos animais e vegetais, em diversos estádios de decomposição. A matéria orgânica de um solo é um dos seus constituintes fundamentais, influenciando as suas características físicas, químicas e biológicas.
O método, designado por método de Walkley-Black, baseia-se na oxidação da matéria orgânica existente com um excesso de dicromato de potássio e na titulação do excesso com sulfato ferroso amoniacal. Com este processo consegue-se determinar a matéria orgânica ativa, que é aquela que tem maior significado.
Pretende-se com esta oficina exemplificar a metodologia utilizada na determinação do teor em matéria orgânica de várias amostras de solos, utilizando reações de oxidação-redução.
Cristina Costa Departamento de Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa
O EDTA, ácido etileno-diaminatetracético, é um ácido tetraprótico, sendo um ligando hexadentado, formando complexos, sempre na proporção 1:1 com grande número de catiões, por exemplo com o cálcio, magnésio, bário, cobre (II), zinco, Niquel e com outros catiões polivalentes, ou mesmo com alguns monovalentes. Os complexos de EDTA têm a grande vantagem de serem estáveis, solúveis e de se formarem rapidamente. Nas volumetrias de complexação, os indicadores utilizados, na deteção do ponto final, são reagentes orgânicos que originam com o ião metálico a dosear compostos de cores diferentes. Estas cores diferem bastante da cor própria do indicador. A estes indicadores dá-se o nome de metalocrómicos e têm a propriedade de, em muitos casos, serem também indicadores ácido-base. Esta característica pode exigir a fixação do valor de pH das soluções. Neste trabalho pretende-se determinar por titulação complexométrica o teor de ião cálcio mais ião magnésio no leite. Usa-se como agente complexante o ácido etileno-diaminatetraacético, vulgarmente designado por EDTA.
João Carlos Lima Departamento de Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa
A luz é uma onda eletromagnética que consegue propagar-se na ausência de um meio material. Contudo a luz interage com o meio que atravessa. Quando luz atravessa um meio contendo partículas de dimensões muito pequenas é possível visualizar o trajeto que a luz percorre porque as partículas presentes interagem com a luz e dispersam-na em todas as direções, inclusive na direção dos nossos olhos. Em resultado disso, quanto maior for o efeito dispersante das partículas, mais nitidamente se observa o feixe de luz atravessando o meio a partir de uma posição lateral de observação, simultaneamente menos luz atravessa em frente. A este efeito da dispersão dá-se o nome de efeito de Tyndall. Este trabalho tem por objetivo exemplificar o efeito da presença de partículas de dimensões nanométricas nas propriedades observáveis da luz que atravessa um meio.
António Jorge Parola Departamento de Química,Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa
As reações fotoquímicas são as que ocorrem usando a luz como fonte de energia. A luz solar é uma fonte de energia limpa e acessível que pode ser mais explorada em reações químicas. Um exemplo comum de uma reação fotoquímica vem da natureza onde agora, enquanto lê este texto, a incidência de fotões nas células da retina provoca a fotoisomerização de trans-retinal a cis-retinal o que leva a uma alteração na conformação das proteínas envolventes e, a partir daí, a uma série de eventos que terminam na perceção destas palavras que está a ler.
Neste trabalho, faz-se uso de radiação na região do visível para demonstrar o que é uma reação fotoquímica e como a podemos controlar. Parte-se de uma solução de Fe(III) e adiciona-se citrato para formar um complexo. Este complexo é fotoreativo, e decompõe-se por ação da luz, formando Fe (II) e dióxido de carbono. Como a cor da solução não muda significativamente, adiciona-se ferricianeto que se liga ao Fe (II) para formar um composto azul facilmente detetável (Azul da Prússia), permitindo assim concluir se houve ou não reação fotoquímica. Usando um conjunto de variáveis experimentais nas condições reacionais (luz, escuro, filtros de diversas cores), introduz-se o conceito de rendimento de uma reação fotoquímica (rendimento quântico) que depende da quantidade de luz absorvida. São ainda abordados os conceitos de: absorção de luz, cor, reações redox, sensor molecular.
Luísa Ferreira
Departamento de Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa
Os óleos e gorduras animais e vegetais são esteres de ácidos carboxílicos de elevada massa molecular e do triol, glicerol (glicerina). Quimicamente, estas gorduras e óleos são designadas como triglicéridos. Os principais ácidos das gorduras animais e vegetais podem ser preparados a partir de triglicéridos naturais através de uma hidrólise alcalina (saponificação). Numa determinada gordura ou óleo raramente se encontram ácidos de um único tipo. De facto, uma única molécula de triglicérido pode conter até 3 tipos de grupos acilo e, para além disso, nem todos os triglicéridos numa substância são iguais. Cada óleo tem uma distribuição estatística característica dos vários tipos de grupos acilo possíveis.
Neste trabalho será preparado um sabão a partir de uma gordura animal (banha de porco) ou vegetal (azeite) através de hidrólise alcalina - saponificação.
Ricardo Franco Departamento de Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa
Todos os elementos de transição (bloco d) possuem mais do que um número de oxidação. A razão pela qual os números de oxidação máximos para K, Ca, Sc, Ti, V, Cr e Mn são, respetivamente, 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7, é que, se outro eletrão fosse removido este teria de vir da estrutura estável do árgon. Este processo envolveria muito mais energia do que para ionizar os eletrões externos das camadas 3d e 4s. O estado de oxidação mais importante destes elementos é aquele que envolve a ionização de todos os eletrões 3d e 4s isto é, 4 para o titânio, 5 para o vanádio, etc. Depois do manganês o aumento da carga nuclear vai exercer uma força maior sobre os eletrões d, mais próximos e o estado de oxidação mais importante passa a ser aquele que envolve os eletrões 4s mais distantes, que não estão tão fortemente ligados, isto é, 2 para o Fe, Co e Ni e 1 para o Cu. Neste trabalho pretende-se investigar os estados de oxidação do ião vanádio caracterizados por vários números de oxidação. Estes estados de oxidação variáveis são reflexo da grande variabilidade redox presente em metais de transição.
Marco Silva
Departamento de Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa
A destilação é uma técnica geralmente utilizada para remover um solvente, purificar um líquido ou para separar os componentes de uma mistura de líquidos, ou ainda separar líquidos de sólidos. O ponto de ebulição de um líquido (que pode também ser utilizado como critério de pureza de um líquido) pode ser definido como a temperatura à qual a sua pressão de vapor iguala a pressão exterior (ou seja, aquela exercida em qualquer ponto, sobre sua superfície). O líquido entrando em ebulição, ou seja, ao vaporizar, forma bolhas que se desenvolvem no seio do líquido, constituindo esse facto a manifestação visual do “borbulhamento” do líquido. As bolhas assim formadas não são mais que o composto na fase de vapor. Com líquidos de pontos de ebulição muito próximos, o destilado será uma mistura destes líquidos com composição e ponto de ebulição variáveis, contendo um excesso do componente mais volátil (menor ponto de ebulição) no final da separação. Os tipos mais comuns de destilação são: destilação simples, destilação fracionada, destilação a pressão reduzida e ainda a destilação azeotrópica.
Neste trabalho será efetuada a destilação de uma mistura de 3 componentes por destilação simples e destilação fracionada, sendo os 2 métodos comparados quanto à sua eficiência.
Madalena Dionísio
Departamento de Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa
A equação de Nernst descreve a relação entre o potencial aplicado (numa célula eletrolítica) ou lido (numa célula galvânica) e a concentração das espécies redox à superfície do elétrodo. Neste trabalho pretende-se a familiarização com a equação de Nernst, recorrendo a tratamento de dados, em folha de cálculo ou máquina gráfica, que implica a linearização dos pares de valores (potencial lido, razão de concentrações), aplicando os conceitos de regressão linear, declive e ordenada na origem. A substituição dos valores na expressão -2,303RT/nF pode ser diretamente comparada com declive obtido. É importante notar que a ordenada na origem vai corresponder ao valor de Eo’ mas diferente do valor tabelado para o par Fe (III)/ Fe (II) devido ao facto do ião ferro se encontrar coordenado no sistema ferri/ ferrocianeto. O potencial vem assim alterado relativamente ao valor do par iões ferro livre.
Marta C. Corvo Cenimat|i3N, Departamento de Ciência dos Materiais, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa
Os telefones inteligentes (smartphones) e os tablets fazem cada vez mais parte do nosso dia-a-dia. As inúmeras aplicações disponíveis permitem-nos fazer uso deles em diferentes contextos tais como em atividades desportivas, na saúde e na segurança. No ensino da química estes aparelhos também já conquistaram o seu lugar com o acesso facilitado à tabela periódica ou a publicações. No entanto, o seu verdadeiro potencial ainda está longe de ser completamente explorado. A variedade de sensores existente na maioria dos smartphones abre um vasto número de possibilidades, já que podemos utilizá-los como instrumentos de medição devido aos seus sensores e interfaces de comunicação.
Nesta oficina de trabalho propõe-se a execução de uma aula prática com recurso ao smartphone e aplicações para medição de cor. A colorimetria móvel permitirá ilustrar conceitos relacionados com a determinação da concentração de compostos desconhecidos, equílibrio químico e equílibrio ácido-base. Esta atividade pretende apresentar uma aula experimental alternativa que é fácil de implementar relativamente a materiais e equipamentos.
Traga o seu smartphone ou tablet e venha fazer uma aula de química!
Bibliografia
Paula Branco, Ana Lourenço Departamento de Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa
A esterificação de um álcool ou fenol pode ser catalisada por uma variedade de ácidos ou bases. Nesta experiência será utilizado o ácido acético para esterificar o ácido salicílico para preparar ácido acetilsalicílico (aspirina) por reação com anidrido acético. É importante que o material de vidro utilizado esteja bem seco uma vez que uma pequena quantidade de água poderá reverter a reação, conduzindo aos materiais de partida. O produto é insolúvel em água e será isolado por precipitação. A verificação da síntese de ácido acetilsalicílico será efetuada com recurso a TLC e o produto purificado por recristalização.