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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Termodinâmica


A termodinâmica é um ramo fundamental da química física que lida com os princípios que regem a energia e suas transformações. Este campo nos fornece ferramentas para prever a direção dos processos a nível macroscópico, independentemente dos detalhes microscópicos da matéria. Aqui estudaremos a termodinâmica em profundidade, cobriremos seus conceitos e princípios básicos, e forneceremos exemplos ilustrativos para melhorar a compreensão.

Conceitos básicos de termodinâmica

Sistema e ambiente

Um conceito central na termodinâmica é a definição de um sistema e seus arredores. O sistema refere-se à parte do universo que estamos interessados em estudar, enquanto os arredores são todo o resto. Sistemas podem ser classificados em três tipos:

  • Sistema aberto: pode trocar energia e matéria com o ambiente ao redor. Por exemplo, um béquer aberto cheio de água.
  • Sistema fechado: pode trocar energia, mas não matéria com o ambiente ao redor. Por exemplo, um recipiente selado com um pistão se movendo a uma temperatura constante.
  • Sistema isolado: não pode trocar energia ou matéria com o ambiente ao redor. Por exemplo, uma garrafa térmica isolada.

Função de estado e variáveis de estado

As propriedades de um sistema podem ser descritas usando variáveis de estado, que dependem apenas do estado atual do sistema. Exemplos incluem pressão (P), volume (V), temperatura (T) e energia interna (U). Estas também são conhecidas como funções de estado porque seus valores dependem apenas do estado do sistema, não de como o sistema alcançou esse estado.

Leis da termodinâmica

Primeira lei da termodinâmica

A primeira lei da termodinâmica é a declaração da conservação de energia. Afirma que a energia não pode ser criada ou destruída, apenas transformada ou transferida. Matematicamente, é expressa como:

        ΔU = Q – W

onde ΔU é a mudança na energia interna, Q é o calor adicionado ao sistema e W é o trabalho realizado pelo sistema.

Por exemplo, considere um gás confinado em um pistão. Se o calor for adicionado ao gás, isso pode causar a expansão do gás, realizando trabalho no pistão.

Pistão Gás

À medida que o pistão se move para cima, ele realiza trabalho sobre o ambiente. O balanço de energia será como descrito na equação acima.

Segunda lei da termodinâmica

A segunda lei da termodinâmica introduz o conceito de entropia, que é uma medida da desordem em um sistema. Afirma que a entropia de um sistema isolado sempre aumenta com o tempo. Pode ser formulada da seguinte forma:

        ΔS ≥ 0

onde ΔS é a mudança na entropia. Em processos reais, a energia tende a se dissipar, causando aumento da entropia.

Considere a mistura de dois gases, A e B, em um sistema isolado. Inicialmente, os gases são separados por uma partição. Uma vez que a partição é removida, os gases se misturam, movendo-se em direção a um estado de maior desordem (maior entropia).

Terceira lei da termodinâmica

A terceira lei da termodinâmica afirma que, à medida que a temperatura de um sistema se aproxima do zero absoluto (0 Kelvin), a entropia de uma substância cristalina perfeitamente ordenada se aproxima de zero. Esta lei implica que é impossível atingir o zero absoluto em um número finito de etapas.

Processos termodinâmicos

Processo isotérmico

Em um processo isotérmico, a temperatura do sistema permanece constante. Um exemplo comum é quando um gás é lentamente comprimido em um pistão, trocando calor com o ambiente e mantendo uma temperatura constante.

        q = w

Na expansão ou compressão isotérmica, o trabalho realizado pelo ou sobre o sistema é igual ao calor trocado.

Processo adiabático

O processo adiabático ocorre sem troca de calor com o ambiente. Durante a compressão ou expansão em um processo adiabático, a temperatura do sistema mudará. O relacionamento entre as variáveis é:

        PV γ = const

onde γ é o índice adiabático, dado pela razão das capacidades de calor (Cp/Cv).

Processos isobárico e isocórico

Processos isobáricos ocorrem a pressão constante, enquanto processos isocóricos ocorrem a volume constante. A relação para o processo isocórico é:

        w = 0

Como não há mudança de volume, nenhum trabalho é realizado no processo isocórico.

Energia livre e equilíbrio

Energia livre de Gibbs

A energia livre de Gibbs (G) é importante para prever a espontaneidade dos processos a pressão e temperatura constantes. A mudança na energia livre de Gibbs é dada por:

        ΔG = ΔH – TΔS

Onde ΔH é a mudança na entalpia e ΔS é a mudança na entropia.

Um processo é espontâneo se:

        ΔG < 0

No equilíbrio, ΔG é zero, ou seja, não há mudança líquida.

Equilíbrio químico

Em reações químicas, a termodinâmica pode prever o estado de equilíbrio usando o quociente de reação Q e a constante de equilíbrio K. Se Q < K, a reação avança; se Q > K, a reação regride até que Q = K no equilíbrio.

Aplicações da termodinâmica

Eficiência de motores

A termodinâmica é útil para entender a eficiência dos motores, como o motor de Carnot. A eficiência de um motor de Carnot operando entre dois reservatórios térmicos é dada por:

        Eficiência = 1 – (Tc/Th)

onde Tc e Th são as temperaturas absolutas dos reservatórios frio e quente, respectivamente.

Refrigeração

Os princípios da termodinâmica também se aplicam aos ciclos de refrigeração, onde o calor é removido do espaço resfriado para o ambiente ao redor. O coeficiente de desempenho (COP) é uma medida de eficiência em bombas de calor e refrigeradores.

Estes poucos exemplos ilustram a ampla gama de aplicações e princípios subjacentes à termodinâmica na química física. Através desses conceitos, os químicos podem entender melhor as barreiras energéticas e potenciais que governam as reações químicas, mudanças de fase e todos os processos do mundo real.


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