Pós-graduação
  1. Química Física  1.1. Termodinâmica  1.1.1. Leis da Termodinâmica  1.1.2. Entalpia e capacidade térmica  1.1.3. Entropia e energia livre  1.1.4. Equilíbrio de Fases  1.1.5. Termodinâmica estatística  1.1.6. Ciclo termodinâmico  1.1.7. Fugacidade e atividade  1.2. Química Quântica  1.2.1. Princípios da mecânica quântica  1.2.2. Equação de Schrödinger  1.2.3. Partícula em uma caixa  1.2.4. Operadores e autovalores  1.2.5. Orbitais atômicos  1.2.6. Teoria do orbital molecular  1.2.7. Teoria de Perturbação  1.2.8. Teoria de ligação de valência  1.2.9. Hibridização e ligação química  1.3. Cinética química  1.3.1. Leis de velocidade e mecanismos de reação  1.3.2. Teoria das colisões  1.3.3. Teoria do estado de transição  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reações em Cadeia e Polimerização  1.3.6. Reações fotoquímicas  1.4. Mecânica estatística  1.4.1. Funções de Partição  1.4.2. Funções de distribuição molecular  1.4.3. Distribuição de Boltzmann  1.4.4. Estatísticas de Bose–Einstein e Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopia  1.5.1. Rotational Spectroscopy  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopia Eletrônica  1.5.4. Espectroscopia de ressonância magnética nuclear  1.5.5. Espectrometria de Massa  1.5.6. Espectroscopia Raman  1.5.7. Espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica  1.6. Química de superfícies e coloidal  1.6.1. Isoterma de absorção  1.6.2. Tensão Superficial e Molhabilidade  1.6.3. Estabilidade Coloidal  1.6.4. Catalysis  1.6.5. Emulsões e micelas  1.7. Eletroquímica  1.7.1. Equação de Nernst  1.7.2. Células eletroquímicas  1.7.3. Condutividade e mobilidade  1.7.4. Guerra  1.7.5. Células de combustível  1.7.6. Eletrólise
  2. Química orgânica  2.1. Mecanismo de Reação  2.1.1. Reações de substituição nucleofílica  2.1.2. Reações de adição eletrofílica  2.1.3. Reações de eliminação  2.1.4. Reações de rearranjo  2.1.5. Reações radicais  2.1.6. Reações pericíclicas  2.2. Espectroscopia e determinação estrutural  2.2.1. Espectroscopia UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopia de RMN  2.2.4. Espectrometria de Massas  2.2.5. Cristalografia de Raios X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidade e atividade óptica  2.3.2. Análise estrutural  2.3.3. Isomerismo geométrico  2.3.4. Dynamic Stereochemistry  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reagentes organolítio e organomagnésio  2.4.2. Reações de acoplamento cruzado catalisadas por paládio  2.4.3. Complexos de Metais de Transição  2.4.4. Ligação metal-carbono  2.5. Química dos polímeros  2.5.1. Mecanismo de Polimerização  2.5.2. Características dos Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradável  2.5.4. Polímero condutor  2.5.5. Polímeros Supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Design e desenvolvimento de medicamentos  2.6.2. Farmacocinética e farmacodinâmica  2.6.3. Relações estrutura-atividade  2.6.4. Acoplamento Molecular e Triagem de Medicamentos
  3. Química inorgânica  3.1. Química de coordenação  3.1.1. Teoria do Campo Cristalino  3.1.2. Teoria do campo dos ligantes  3.1.3. Série Espectroquímica  3.1.4. Quelação e estabilidade  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalise por complexos organometálicos  3.2.3. Metalocènicos  3.3. Química bioinorgânica  3.3.1. Metaloproteínas e enzimas  3.3.2. O papel dos metais em sistemas biológicos  3.3.3. Transporte e armazenamento de íons metálicos  3.4. Química do estado sólido  3.4.1. Estruturas Cristalinas  3.4.2. Teoria de bandas dos sólidos  3.4.3. Supercondutores  3.4.4. Defeitos no cristal  3.5. Lantanídeos e Actinídeos  3.5.1. Configuração eletrônica em lantanídeos e actinídeos  3.5.2. Química de coordenação dos lantanídeos  3.5.3. Propriedades Magnéticas dos Lantanídeos
  4. Química Analítica  4.1. Cromatografia  4.1.1. Cromatografia Gasosa  4.1.2. Cromatografia Líquida de Alta Performance  4.1.3. Cromatografia em Camada Delgada  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopia de absorção atômica  4.2.2. Difração de raios X  4.2.3. Espectroscopia de plasma acoplado indutivamente  4.3. Métodos Eletroanalíticos  4.3.1. Potenciometria  4.3.2. Voltametria  4.3.3. Colometria  4.4. Espectrometria de Massa  4.4.1. Técnica de Ionização  4.4.2. Padrão de Fragmentação  4.5. Quimiometria  4.5.1. Análise multidisciplinar  4.5.2. Aprendizado de Máquina em Química
  5. Química Teórica e Computacional  5.1. Simulação de dinâmica molecular  5.1.1. Campos de força e minimização de energia  5.1.2. Simulação de Monte Carlo em simulações de dinâmica molecular  5.2. Métodos de química quântica  5.2.1. Teoria de Hartree–Fock  5.2.2. Teoria do funcional da densidade  5.2.3. Métodos semi-empíricos  5.3. Design computacional de medicamentos  5.3.1. Acoplamento Molecular  5.3.2. Modelagem QSAR  5.3.3. Triagem Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Cinética Enzimática  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inibição  6.2. Metabolismo e Bioenergética  6.2.1. Glicólise  6.2.2. Ciclo do ácido cítrico  6.2.3. Cadeia de transporte de elétrons  6.3. Biologia Molecular  6.3.1. Replicação e reparo do DNA  6.3.2. Síntese de proteínas  6.3.3. Regulação Genética  6.4. Bioquímica Estrutural  6.4.1. Dobramento de Proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efeito estufa  7.1.2. Destruição da Camada de Ozônio  7.1.3. Poluentes do ar e fumaça  7.2. Química da Água  7.2.1. pH e dureza da água  7.2.2. Tratamento de águas residuais  7.2.3. Química Aquática  7.3. Química do Solo  7.3.1. Contaminação por metais pesados  7.3.2. pH do Solo e Capacidade Tamponante  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicologia e Segurança Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Avaliação de Risco em Toxicologia e Segurança Química em Química Ambiental  7.4.3. Efeitos dos poluentes no ambiente

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Entropia e energia livre


No campo da termodinâmica, emergem dois conceitos importantes—entropia e energia livre. Esses conceitos são fundamentais para entender como ocorrem os processos químicos e como ocorrem as mudanças de energia em um sistema. À primeira vista, eles podem parecer complexos, mas com explicações claras e exemplos, eles podem ser facilmente compreendidos. Esta discussão detalhada visa cobrir esses tópicos de maneira simples e abrangente.

Entendendo a entropia

A entropia é uma medida da desordem ou irregularidade em um sistema. Em termodinâmica, ela descreve como a energia é distribuída em um sistema e como essa distribuição afeta a capacidade do sistema de realizar trabalho. O conceito de entropia está intimamente ligado à segunda lei da termodinâmica, que afirma que a entropia de um sistema isolado sempre aumenta com o tempo.

Vamos considerar um exemplo simples—gelo derretendo em água. Inicialmente, as moléculas de água no gelo estão organizadas em uma forma estruturada e cristalina com baixa desordem. À medida que o gelo derrete, a estrutura se desfaz e as moléculas de água se movem mais livremente, aumentando a entropia do sistema.

Expressão matemática da entropia

A expressão matemática para a mudança de entropia, ΔS, pode ser definida como:

ΔS = Q/T

onde Q é o calor adicionado ao sistema, e T é a temperatura absoluta. Esta equação afirma que a mudança de entropia é diretamente proporcional ao calor trocado e inversamente proporcional à temperatura.

OrdemDesordem

O diagrama mostra a progressão da ordem para a desordem, o que simboliza o conceito de entropia em um sistema. À medida que o sistema progride da esquerda para a direita, sua entropia aumenta.

Entendendo a energia livre

A energia livre é um conceito importante para determinar a espontaneidade de um processo. Ela combina entalpia, entropia e temperatura para prever se uma reação ocorrerá sem intervenção externa. Os dois principais tipos de energia livre são a energia livre de Gibbs e a energia livre de Helmholtz.

Energia livre de Gibbs

A energia livre de Gibbs (G) fornece insights sobre reações a pressão constante. A mudança na energia livre de Gibbs, ΔG, é dada por:

ΔG = ΔH - TΔS

Onde ΔH é a mudança na entalpia, T é a temperatura, e ΔS é a mudança na entropia. Um valor negativo de ΔG indica um processo espontâneo, enquanto um valor positivo indica não espontâneo.

Exemplo de energia livre de Gibbs

Considere o processo de evaporação da água. Para uma determinada temperatura, podemos calcular a energia livre de Gibbs para a transição de fase. Se ΔG for negativo, então a água evaporará espontaneamente nessas condições.

Energia livre de Helmholtz

A energia livre de Helmholtz (A) é utilizada para sistemas com volume constante. Ela é expressa como:

ΔA = ΔU - TΔS

Aqui, ΔU é a mudança na energia interna. Embora menos comum que ΔG em química, a energia livre de Helmholtz pode ser importante para algumas aplicações na física.

Relação entre entropia e energia livre

A entropia e a energia livre estão interconectadas através do seu papel coletivo na determinação da probabilidade e direção de processos físicos e químicos. Uma compreensão básica é necessária para prever os resultados das reações e usar a energia de maneira eficiente.

Como mostrado nas primeiras equações, ΔG e ΔA integram a entropia para contabilizar a dispersão e distribuição de energia térmica dentro de um sistema. Essa relação enfatiza que, mesmo que a energia de um sistema seja reduzida (favorável entalpicamente), a desordem também deve ser considerada para entender o quadro completo da espontaneidade do processo.

Exemplo de entropia e energia livre em uma reação química

Considere a combustão do metano:

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

Nessa reação exotérmica, o calor é liberado (ΔH negativo), e a entropia do sistema aumenta (ΔS positivo) porque os produtos estão em um estado gasoso mais desordenado. O efeito combinado de liberação de energia e aumento da desordem garante que ΔG seja negativo, tornando a reação espontânea.

ReagentesProdutos

A ilustração acima mostra a transformação dos reagentes para os produtos na combustão do metano. Um aumento na entropia e uma diminuição na energia livre de Gibbs impulsionam a reação adiante.

Conclusão

A entropia e a energia livre servem como pilares no campo da termodinâmica dentro da química física. A entropia fornece um entendimento de desordem e aleatoriedade, enquanto a energia livre prediz a espontaneidade dos processos. Ambos os conceitos são essenciais no estudo e aplicação de reações químicas e transformações de energia. Ao decodificar esses princípios, cientistas e engenheiros podem projetar processos que otimizam o uso de energia e a sustentabilidade.


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