CSE 111 | Projeto: Química

S04 - Projeto: Química

Finalidade

Prove que você pode desenvolver um programa Python que cria e usa listas compostas.

Projeto

Não use IA para gerar o código deste programa.

Usar IA para gerar este programa é uma violação da política de IA do curso e pode resultar em nota zero na atividade, reprovação na disciplina ou até remoção do programa.

Se você precisar de ajuda com a atividade ou tiver dúvidas sobre o uso de IA, por favor pergunte ao seu instrutor.

Contexto

Você faz estágio em uma instalação de pesquisa do governo. O laboratório de química solicitou um programa que calculará a massa molar e o número de mols para uma determinada quantidade de um composto químico. Designaram você para criar o programa.

Mas eu não me formei em química!

Muitas vezes você ficará responsável por criar programas dos quais talvez não consiga entender completamente o assunto. Quando isso acontece, use como base os requisitos fornecidos pelo usuário. Para este problema, você pode não saber o que é um mol ou uma massa molar. Não se preocupe. O usuário sabe o que são e pode fornecer as informações necessárias para resolver seu problema.

Requisitos do Usuário

Mariana Cardoso, a química responsável, pediu que você criasse um programa com os seguintes requisitos.

Solicitar uma fórmula química ao usuário.
Solicitar a quantidade do composto em gramas ao usuário (ou seja, massa_da_amostra).
Calcular e exibir a massa molar.
Calcular e exibir o número de mols.

Mariana forneceu as seguintes informações:

Um composto ou molécula é descrito por uma lista de elementos que ele contém. O elemento é identificado pelo símbolo do elemento. Se houver mais de um átomo desse elemento, um número representando o número de átomos no composto seguirá o símbolo do elemento. Aqui estão alguns exemplos:
- H₂O (água) tem 2 átomos de hidrogênio e 1 átomo de oxigênio.
- C₆H₁₂O₆ (glicose) tem 6 átomos de carbono, 12 átomos de hidrogênio e 6 átomos de oxigênio.
Para calcular a massa molar de um composto, tudo o que você precisa fazer é somar a massa de todos os átomos no composto.
Para calcular o número de mols em uma amostra, use a seguinte fórmula:

numero_mols =

massa_da_amostra

massa_molar

Design

Os requisitos foram enviados para Alice Laurent, uma de nossas arquitetas de software. Ela forneceu a seguinte orientação.

Alice desenvolveu a seguinte arquitetura de programa. Use essas informações para criar seu programa. Como programador júnior, você deve usar as funções definidas por Alice, utilizando exatamente os nomes e parâmetros indicados.

Especificações de Função

Nome da Função	Tipo de Retorno de Parâmetros	Descrição
criar_tabela_periodica	Parâmetros: (nenhum) Retorna: Dicionário	Retorna um objeto de dicionário com todos os elementos da tabela periódica. Para cada elemento, a chave do dicionário deve ser o símbolo do elemento. O valor contém uma lista em que o primeiro item é o nome do elemento e o segundo é a massa atômica.
calcular_massa_molar	Parâmetros: lista_quantidade_simbolos, dic_da_tabela_periodica Retorna: float	Calcule e retorne a massa molar total de todos os elementos listados em lista_quantidade_simbolos. Percorra os itens na lista_quantidade_simbolos utilizando um loop. Para cada item na lista, use o símbolo do elemento para procurar a massa atômica do elemento no dicionário dic_da_tabela_periodica. Multiplique a massa atômica do elemento pela quantidade de átomos do elemento (da lista_quantidade_simbolos) e adicione isso à massa total. Retorne a massa total.
main	Parâmetros: (nenhum) Retorna: (nenhum)	Solicita ao usuário uma fórmula química. Solicita ao usuário o tamanho da amostra em gramas. Chama criar_tabela_periodica (da biblioteca fornecida) para obter uma lista de elementos na fórmula. (armazena em uma variável). Chama a função interpretar_formula e armazena o dicionário retornado na variável. Chama calcular_massa_molar para calcular a massa molar. Passa o dicionário da tabela periódica e a lista de elementos retornados das funções anteriores. Exibe a massa molar. Calcula o número de mols na amostra. Exibe o número de mols.

Outras informações úteis.

Enquanto trabalhava neste projeto, Alice descobriu que outro programador já havia criado uma biblioteca que tem uma função chamada interpretar_formula para outro projeto. Esta função faz exatamente o que você precisa. Você pode usar essa biblioteca em seu programa para economizar tempo. A função está na biblioteca formula.py

Etapa

Comece seu projeto escrevendo o esboço do seu programa. Siga estas etapas:

Crie uma pasta para o projeto desta semana e dê a ela o nome que você quiser.
Abra a pasta que você acabou de criar no VSCode.
Crie um arquivo chamado quimica.py.

Crie a função criar_tabela_periodica. Quando concluída, a função retornará um dicionário que contém todos os elementos da tabela periódica. Seu dicionário deve ser parecido com este:

dic_da_tabela_periodica = {
  # símbolo: [nome, massa_atomica]
  "Ac": ["Actínio", 227],
  "Ag": ["Prata", 107.8682],
  "Al": ["Alumínio", 26.9815386],
  ⋮
  }

Lista completa de elementos:

Mariana forneceu esta lista de elementos para você usar.

Símbolo	Nome	Massa Atômica
Ac	Actínio	227
Ag	Prata	107.8682
Al	Alumínio	26.9815386
Ar	Argônio	39.948
As	Arsênio	74.9216
At	Astato	210
Au	Ouro	196.966569
B	Boro	10.811
Ba	Bário	137.327
Be	Berílio	9.012182
Bi	Bismuto	208.9804
Br	Bromo	79.904
C	Carbono	12.0107
Ca	Cálcio	40.078
Cd	Cádmio	112.411
Ce	Cério	140.116
Cl	Cloro	35.453
Co	Cobalto	58.933195
Cr	Crômio	51.9961
Cs	Césio	132.9054519
Cu	Cobre	63.546
Dy	Disprósio	162.5
Er	Érbio	167.259
Eu	Európio	151.964
F	Flúor	18.9984032
Fe	Ferro	55.845
Fr	Frâncio	223
Ga	Gálio	69.723
Gd	Gadolínio	157.25
Ge	Germânio	72.64
H	Hidrogênio	1.00794
He	Hélio	4.002602
Hf	Háfnio	178.49
Hg	Mercúrio	200.59
Ho	Hólmio	164.93032
I	Iodo	126.90447
In	Índio	114.818
Ir	Irídio	192.217
K	Potássio	39.0983
Kr	Kriptônio	83.798
La	Lantânio	138.90547
Li	Lítio	6.941
Lu	Lutécio	174.9668
Mg	Magnésio	24.305
Mn	Manganês	54.938045
Mo	Molibdênio	95.96
N	Nitrogênio	14.0067
Na	Sódio	22.98976928
Nb	Nióbio	92.90638
Nd	Neodímio	144.242
Ne	Neônio	20.1797
Ni	Níquel	58.6934
Np	Neptúnio	237
O	Oxigênio	15.9994
Os	Ósmio	190.23
P	Fósforo	30.973762
Pa	Protactínio	231.03588
Pb	Chumbo	207.2
Pd	Paládio	106.42
Pm	Promécio	145
Po	Polônio	209
Pr	Praseodímio	140.90765
Pt	Platina	195.084
Pu	Plutônio	244
Ra	Rádio	226
Rb	Rubídio	85.4678
Re	Rênio	186.207
Rh	Ródio	102.9055
Rn	Radônio	222
Ru	Rutênio	101.07
S	Enxofre	32.065
Sb	Antimônio	121.76
Sc	Escândio	44.955912
Se	Selênio	78.96
Si	Silício	28.0855
Sm	Samário	150.36
Sn	Estanho	118.71
Sr	Estrôncio	87.62
Ta	Tântalo	180.94788
Tb	Térbio	158.92535
Tc	Tecnécio	98
Te	Telúrio	127.6
Th	Tório	232.03806
Ti	Titânio	47.867
Tl	Tálio	204.3833
Tm	Túlio	168.93421
U	Urânio	238.02891
V	Vanádio	50.9415
W	Tungstênio	183.84
Xe	Xenônio	131.293
Y	Ítrio	88.90585
Yb	Itérbio	173.054
Zn	Zinco	65.38
Zr	Zircônio	91.224

Adicione a função main. Por enquanto, basta fazer com que a função main chame criar_tabela_periodica e exiba a tabela retornada.
Inclua o seguinte código na parte inferior do seu programa para facilitar os testes.
```
if __name__ == "__main__":
  main()
```

Teste

Verifique se seu programa funciona corretamente seguindo cada etapa deste procedimento de teste:

Baixe o arquivo Python test_etapa_quimica.py e salve-o na mesma pasta onde você salvou seu programa quimica.py. Execute o arquivo test_etapa_quimica.py e verifique se o teste foi aprovado. Se as funções de teste não forem aprovadas, há um erro no seu programa quimica.py. Leia a saída de pytest, corrija o erro e execute o arquivo test_etapa_quimica.py novamente até que todas as funções de teste sejam aprovadas.

============================= test session starts =============================
platform win32 -- Python 3.13.4, pytest-8.4.1, pluggy-1.6.0 --
cachedir: .pytest_cache
rootdir: C:\Users\cse111\week04\quimica
collected 1 item                                                                                                                                                           

test_etapa_quimica.py::test_criar_tabela_periodica [PASSED 100%]

================================ 1 passed in 0.04s ===============================

Envio de Etapa

Na data de entrega ou antes dela, retorne ao Canvas e reporte seu progresso nesta etapa.

Conclusão do Projeto

Conclua seu projeto terminando o código para as funções calcular_massa_molar e main. Certifique-se de que seu código atenda aos requisitos especificados acima.

Baixe o arquivo Python formula.py e salve-o na mesma pasta onde você salvou seu programa quimica.py. O arquivo formula.py inclui uma classe FormulaError e uma função chamada interpretar_formula. Ambos estão completos e funcionam corretamente, então você não deve alterá-los.
Abra o arquivo formula.py no VS Code e leia a string entre aspas triplas no topo da função interpretar_formula. Segundo essa string, a função interpretar_formula converte uma fórmula química para uma molécula, como "C13H16N2O2" (melatonina), em uma lista de compostos, como [["C", 13], ["H", 16], ["N", 2], ["O", 2]]. Esta lista de compostos é conhecida como lista_quantidade_simbolos porque contém os símbolos dos elementos químicos e a quantidade de átomos de cada elemento que aparecem em uma fórmula química.
Copie e cole a seguinte instrução de importação no seu programa quimica.py, na parte superior do programa. Esta instrução importará a função interpretar_formula do arquivo formula.py para o seu programa quimica.py, assim você poderá chamar a função interpretar_formula no programa.
```
from formula import interpretar_formula
```

Complete a função calcular_massa_molar de acordo com as especificações do programa.

Exemplo de Cálculo:

Este exemplo pode ajudar você a escrever seu código. Considere uma amostra de glicose (C₆H₁₂O₆) com uma massa de 12.37 gramas. Para usar uma calculadora de massa molar, um químico insere:

C6H12O6
12.37

A calculadora calcula a massa molar da glicose fazendo o seguinte:

Somar o número de átomos de cada elemento na fórmula da glicose:
6 átomos de carbono
12 átomos de hidrogênio
6 átomos de oxigênio

Encontrar a massa atômica de cada elemento:

Símbolo	Nome	Massa Atômica
C	Carbono	12.0107
H	Hidrogênio	1.00794
O	Oxigênio	15.9994

Multiplicar o número de átomos pela massa atômica:

6	×	12.0107	=	72.0642
12	×	1.00794	=	12.09528
6	×	15.9994	=	95.9964

Somar os resultados das multiplicações para obter a massa molar da glicose:
72.0642 + 12.09528 + 95.9964 = 180.15588 gramas/mol

Em seguida, a calculadora divide a massa da amostra de glicose pela massa molar de glicose, o que resulta no número de mols na amostra:

12.37 gramas

180.15588 gramas/mol

= 0.06866 mols

A calculadora exibe dois resultados para o químico:

a massa molar da glicose: 180.15588 gramas/mol
o número de mols na amostra: 0.06866 mols

Dica: Não se esqueça das variáveis do índice.

Lembre-se de que, ao trabalhar com listas compostas, é útil criar variáveis que contenham os valores de índice dos seus dados. Por exemplo, se eu tivesse uma lista com listas que descrevessem pessoas e suas cores favoritas:

pessoas=[['James','vermelho'],['Julia','azul'],['Ricardo','amarelo']]

O código a seguir exibirá o nome e a cor favorita de cada pessoa.

for pessoa in pessoas:
  print(f"A cor favorita de {pessoa[0]} é {pessoa[1]}")

Se usar variáveis bem nomeadas para armazenar os índices da lista, o código será muito mais fácil de entender.

INDICE_NOMES=0
INDICE_CORES=1
for pessoa in pessoas:
  print(f"A cor favorita de {pessoa[INDICE_NOMES]} é {pessoa[INDICE_CORES]}")

Complete a função main. Remova o código da etapa e conclua a função main de acordo com as especificações do programa.

Desafios Adicionais

Se o seu programa atender aos requisitos para esta atividade, conforme descrito acima, você receberá 93% dos pontos possíveis. Para ganhar os 7% de pontos restantes, você precisará adicionar um ou mais recursos ao seu programa. Use sua criatividade. Adicione um comentário no topo do seu código que explique a(s) melhoria(s).

Documente suas melhorias:

Se você escolher adicionar recursos ao seu código, coloque um comentário no topo do seu arquivo descrevendo o que você fez para melhorar seu programa.

Teste

Verifique se seu programa funciona corretamente seguindo cada etapa deste procedimento de teste:

Baixe o arquivo Python test_quimica.py e salve-o na mesma pasta onde você salvou seu programa quimica.py. Execute o arquivo test_quimica.py e certifique-se de que todas as três funções de teste sejam aprovadas. Se alguma das funções de teste não for aprovada, há um erro no seu programa quimica.py. Leia a saída de pytest, corrija o erro e execute o arquivo test_quimica.py novamente até que todas as funções de teste sejam aprovadas.

> python test_quimica_2.py
==================== test session starts ======================
platform win32--Python 3.8.6, pytest-6.1.2. py-1.9.0. pluggy
rootdir: C:\Users\cse111\week04
collected 3 itens
test_quimica_2.py::test_criar_tabela_periodica PASSED  [33%]
test_quimica_2.py::test_interpretar_formula PASSED        [ 66%]
test_quimica_2.py::test_calcular_massa_molar PASSED   [100%]
===================== 3 passed in 0.17s ======================

Execute seu programa quimica.py finalizado. Insira a entrada mostrada abaixo e certifique-se de que seu programa exiba a saída mostrada abaixo.

> python quimica.py
Insira a fórmula molecular da amostra: C6H6
Insira a massa em gramas da amostra: 25.04
78.11184 gramas/mol
0.32057 mols

Envio do Projeto

Volte ao Canvas e envie seu arquivo quimica.py para que seu programa seja avaliado.

Não tire zero!

Se o seu programa contiver um erro que o impeça de ser executado até o fim, a tarefa receberá nota zero e você precisará corrigir e reenviar o código. Em outras palavras, evite enviar um programa que não funciona. Em vez disso, peça ajuda para entender o erro e corrigi-lo antes do envio.

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