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 Raman


A espectroscopia Raman é uma técnica analítica amplamente utilizada na química física para estudar modos vibracionais, rotacionais e outros modos de baixa frequência em sistemas. É baseada na dispersão inelástica de luz monocromática, geralmente proveniente de um laser no intervalo do visível, infravermelho próximo ou ultravioleta próximo. A luz do laser interage com vibrações moleculares, fônons ou outras excitações no sistema, resultando no deslocamento da energia do fóton do laser para cima ou para baixo. Este deslocamento de energia fornece informações sobre os modos vibracionais das moléculas.

Fundamentos do Efeito Raman

O efeito Raman é nomeado em homenagem ao físico indiano C.V. Raman, que o descobriu pela primeira vez em 1928. Quando a luz interage com a matéria, a maioria dos fótons é dispersa elasticamente, significando que o fóton disperso tem a mesma energia (e, portanto, comprimento de onda) que o fóton incidente. Isso é conhecido como dispersão Rayleigh. No entanto, uma pequena fração da luz é dispersa inelasticamente, com uma energia ligeiramente diferente do fóton incidente. Este fenômeno é conhecido hoje como o efeito Raman.

Dispersão de Stokes e anti-Stokes

Na espectroscopia Raman, a dispersão inelástica da luz é classificada em duas categorias, determinadas por saber se a energia da luz é ganha ou perdida:

  • Dispersão de Stokes: Se o fóton disperso tiver menos energia do que o fóton incidente, a mudança de energia corresponde a um ganho de energia vibracional nas moléculas. Isso é chamado de dispersão de Stokes.
  • Dispersão anti-Stokes: Inversamente, se os fótons dispersos tiverem mais energia do que os fótons incidentes, as moléculas perdem energia vibracional. Isso é conhecido como dispersão anti-Stokes.
Energia do fóton incidente: E_0
Energia do fóton disperso de Stokes: E_0 - E_vib
Energia do fóton disperso anti-Stokes: E_0 + E_vib

Diagrama de energia

Diagramas de nível de energia são uma forma útil de representar a dispersão Raman:

estado fundamental Estados virtuais Anti-Stokes Stokes

Aqui, a linha azul representa a transição para o estado virtual excitado. As linhas vermelha e roxa representam as transições correspondentes à perda e ganho de energia, respectivamente.

Regras de seleção e informações moleculares

Nem todas as vibrações são ativas no Raman. Para que uma molécula seja ativa no Raman, sua polarizabilidade deve mudar à medida que ela vibra. A polarizabilidade é uma medida de quão facilmente a nuvem de elétrons de uma molécula pode ser distorcida por um campo elétrico externo.

  • Estiramento simétrico: Estes são geralmente ativos no Raman, pois geralmente causam uma mudança significativa na polarização.
  • Estiramento ou flexão assimétrica: Estes muitas vezes têm pouco efeito na polarização e nem sempre podem ser vistos no espectro Raman.

A espectroscopia Raman é complementar à espectroscopia infravermelha, que depende fortemente de mudanças no momento dipolar. Como resultado, a espectroscopia Raman e a infravermelha frequentemente fornecem informações complementares sobre vibrações moleculares.

Exemplo

Para uma molécula diatômica simples:

HCl

No caso da espectroscopia infravermelha, medimos modos vibracionais que mudam o momento dipolar. No entanto, na espectroscopia Raman, vemos mudanças na polarização, o que fornece informações sobre diferentes modos vibracionais que podem não ser aparentes nos espectros infravermelhos.

Equipamento

Os espectrômetros Raman geralmente consistem nos seguintes componentes principais:

  1. Fonte de laser: Usada para fornecer a luz monocromática necessária para dispersão.
  2. Estágio da amostra: onde a amostra é colocada para teste.
  3. Elemento dispersivo: Normalmente uma grade de difração, usada para dispersar a luz dispersa em seus comprimentos de onda componentes.
  4. Detector: captura a luz dispersa, geralmente um detector CCD.

Fonte de laser

O laser é um componente importante do espectrômetro Raman. A seleção do comprimento de onda do laser pode afetar o espectro Raman devido à interferência da fluorescência. Lasers comumente usados para espectroscopia Raman incluem:

  • Laser de íons de argônio (488 nm, 514.5 nm)
  • Laser de diodo (780nm, 830nm)

Preparação da amostra

A preparação das amostras depende do estado do material a ser analisado. Sólidos, líquidos e gases podem ser analisados usando espectroscopia Raman, cada um com suas próprias considerações de preparação. Amostras sólidas podem precisar ser mantidas em forma de pó, enquanto líquidos podem ser mantidos em células especiais. Amostras de gás devem ser mantidas em células que possuam janelas transparentes para penetração do laser.

Aplicações da espectroscopia Raman

A espectroscopia Raman tem uma ampla gama de aplicações em várias disciplinas científicas:

  • Química: Identificação de moléculas e caracterização de compostos.
  • Ciência dos materiais: Investigação das estruturas cristalinas de materiais, como polímeros e nanotubos de carbono.
  • Biologia: O estudo de biomoléculas, incluindo proteínas e lipídios.
  • Farmacêuticos: Análise de compostos farmacêuticos e ingredientes farmacêuticos ativos.

Sua natureza não destrutiva torna a espectroscopia Raman particularmente valiosa para amostras delicadas e sensíveis em uma variedade de campos, incluindo arqueologia e restauração de arte.

Estudo de caso: Análise de nanotubos de carbono

Os nanotubos de carbono são um exemplo quintessencial de materiais que podem ser analisados usando espectroscopia Raman. Diferentes picos Raman correspondem a diferentes propriedades dos nanotubos de carbono, como diâmetro e quiralidade. A banda G e banda D são particularmente importantes; eles fornecem informações sobre propriedades eletrônicas e defeitos estruturais, respectivamente.

Banda G: ~1580 cm-1
Banda D: ~1350 cm-1

Interpretação de dados

Interpretar espectros Raman envolve identificar picos que correspondem a vibrações moleculares específicas. Este processo frequentemente requer comparação com espectros conhecidos ou modelagem computacional. Apesar da complexidade, os dados resultantes fornecem informações detalhadas sobre a estrutura e o estado do material.

Análise do espectro da amostra

Considere um espectro Raman hipotético com essas mudanças de pico:

Pico 1: 500 cm-1 - provavelmente vibração esquelética
Pico 2: 1000 cm-1 - Inclinação CH
Pico 3: 1500 cm-1 - Estiramento C=C

Cada pico corresponde a diferentes vibrações moleculares, fornecendo informações detalhadas sobre a estrutura molecular.

Vantagens e limitações

Como qualquer método analítico, a espectroscopia Raman tem suas forças e limitações:

Vantagens

  • A natureza não destrutiva permite a análise de amostras valiosas.
  • Fornece dados complementares para espectroscopia IR.
  • É necessário o mínimo de preparação da amostra.
  • Funciona bem em ambientes aquáticos, pois a água dispersa muito pouco.

Limitações

  • A interferência de fluorescência pode ocultar sinais Raman.
  • Baixa sensibilidade em comparação com outras técnicas espectroscópicas.
  • Capacidade limitada de analisar estruturas aromáticas.

Tendências atuais e direções futuras

Avanços tecnológicos continuam a ampliar as aplicações da espectroscopia Raman. Inovações como a espectroscopia Raman aprimorada por superfície (SERS) e a espectroscopia Raman aprimorada por ponta (TERS) ampliaram os limites de detecção e as barreiras da resolução espectral, prometendo um futuro promissor para a integração da espectroscopia Raman em uma variedade de campos científicos.


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