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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Espectroscopia Vibracional


Espectroscopia vibracional é uma importante ferramenta analítica usada em química física para detectar transições vibracionais em moléculas. Essas transições ocorrem quando moléculas absorvem certas frequências de luz, fazendo com que as moléculas sejam excitadas de um nível de energia vibracional para outro. Os dois principais tipos de espectroscopia vibracional são espectroscopia infravermelha (IR) e espectroscopia Raman, cada uma das quais fornece percepções únicas sobre vibrações e estruturas moleculares.

Introdução à espectroscopia vibracional

As vibrações moleculares envolvem os movimentos periódicos dos átomos dentro de uma molécula. Esses movimentos podem ser de alongamento (mudanças no comprimento das ligações) ou de flexão (mudanças no ângulo das ligações). Compreender essas vibrações ajuda a elucidar estruturas moleculares, identificar grupos funcionais e analisar interações moleculares.

Cada molécula possui uma assinatura vibracional única dependendo de sua estrutura. Essa assinatura pode ser comparada a uma impressão digital que ajuda a identificar e analisar amostras desconhecidas. A espectroscopia vibracional fornece um método não destrutivo de exame de substâncias, tornando-se uma ferramenta importante em química, física e biologia.

Fundamentos das vibrações moleculares

Os átomos de qualquer molécula estão em estado de movimento vibracional. Sem energia externa, essas vibrações estão em um estado de energia muito baixo conhecido como energia de ponto zero. Ao aplicar energia, como um fóton de luz, esses estados vibracionais podem ser excitados para níveis de energia mais elevados.

Tipos de Vibrações: As vibrações em moléculas podem geralmente ser classificadas em duas categorias:

  • Vibrações de alongamento: Isso envolve mudanças no comprimento das ligações entre átomos. O alongamento pode ser simétrico ou assimétrico, dependendo de como as ligações se movem em relação umas às outras.
  • Vibrações de flexão: Isso envolve uma mudança no ângulo entre duas ligações. Tipos de vibrações de flexão incluem tesouramento, sacudimento, vibração e torção.
        CO₂ para cortar com tesoura Exemplo:
             O=C=O

Espectroscopia Infravermelha (IR)

A espectroscopia infravermelha baseia-se na absorção de radiação IR por moléculas, causando excitação de estados vibracionais inferiores para superiores. O espectro IR geralmente é exibido como percentagem de transmitância ou absorbância em função do número de onda (cm -1).

Na espectroscopia IR, as moléculas absorvem frequências específicas que correspondem à frequência de vibração das ligações. Este processo resulta em um espectro com picos correspondentes a diferentes vibrações. Estes picos podem ser usados para determinar os grupos funcionais presentes na molécula.

        Representação simples de espectros IR:
        | intensidade
        ,      
        | | | (alongamento CH)
        ,
        ,
        | | | | (C=O, NH, OH)
        ,
           4000 3000 2000 1500 500 Número de onda (cm⁻¹)

Espectroscopia Raman

A espectroscopia Raman é uma técnica complementar à espectroscopia IR. Envolve a dispersão inelástica da luz (dispersão Raman) que ocorre quando luz monocromática interage com vibrações moleculares. Quando a luz atinge uma molécula, a maioria dos fótons é dispersa elasticamente (dispersão de Rayleigh), mas uma pequena fração é dispersa inelasticamente, com mudanças de energia correspondendo a transições vibracionais.

Diferentemente da espectroscopia IR, Raman é mais sensível a modos vibracionais simétricos e ligações não polares. É particularmente valiosa para análise de soluções aquosas, pois não é afetada pela absorção de água, o que pode ser uma limitação na espectroscopia IR.

        Esboço de espectros Raman:
        | intensidade 
        ,
        ,      
        ,
        | / / /  / ruído de fundo
        ,
        ,
        -500 0 500 1000 1500 2000 (Deslocamento em cm)

Comparação entre espectroscopia IR e Raman

Tanto a espectroscopia IR quanto a Raman fornecem informações sobre vibrações moleculares, mas diferem essencialmente na maneira como detectam essas mudanças:

Espectroscopia IR Espectroscopia Raman
Envolve a absorção de luz infravermelha. Envolve a dispersão da luz.
Sensível a ligações polares e vibrações assimétricas. Sensível a ligações apolares e vibrações simétricas.
A água pode interferir na medição. Não afetada pela água, adequada para solução aquosa.

Aplicações da espectroscopia vibracional

A espectroscopia vibracional através de IR e Raman é aplicada em vários campos científicos.

  • Análise Química: Determinar a identidade e caracterização de compostos químicos revelando grupos funcionais e estrutura molecular.
  • Bioquímica: O estudo de moléculas biológicas como proteínas, ácidos nucleicos e lipídios.
  • Farmacêutica: Controle de qualidade, garantindo a pureza dos compostos e analisando polimorfismo em medicamentos.
  • Ciência dos Materiais: Investigando as propriedades de superfície e formações estruturais dos materiais.
  • Ciências Ambientais: monitoramento de poluentes e detecção de substâncias perigosas.

Antecedentes teóricos

Para entender o princípio por trás da espectroscopia vibracional, deve-se considerar a natureza quantizada das vibrações moleculares. De acordo com a mecânica quântica, a energia de uma molécula vibrante é dada por:

        E_v=(v+1/2)hν

onde v é o número quântico de vibração, h é a constante de Planck, e ν é a frequência de vibração.

A regra de seleção para transições vibracionais é Δv = ±1, o que significa que transições geralmente ocorrem entre níveis de energia adjacentes. No entanto, transições de sobretons com Δv = ±2, ±3... podem ocorrer, mas são menos intensas.

Interpretação de espectros

A interpretação precisa dos espectros vibracionais é uma habilidade importante. Picos em espectros correspondem a diferentes modos vibracionais e são frequentemente característicos de ligações moleculares específicas.

Para espectros IR, certas regiões podem indicar tipos específicos de ligações químicas:

  • 3650-3200 cm -1 - alongamento OH
  • 3500-3300 cm -1 - alongamento NH
  • 3000-2850 cm -1 - alongamento CH (alcanos)
  • 1750-1650 cm -1 - alongamento C=O
  • 1650-1450 cm -1 - alongamento C=C

Conclusão

A espectroscopia vibracional, que inclui técnicas de IR e Raman, fornece um método abrangente para investigação de estruturas e propriedades moleculares. Sua capacidade de identificar e caracterizar grupos funcionais e geometria molecular torna-a indispensável em vários campos de pesquisa científica e indústria.

À medida que a tecnologia moderna continua a se desenvolver, avanços nas técnicas espectroscópicas aprofundarão nossa compreensão da dinâmica molecular e estimularão a inovação na química e ciências relacionadas.


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