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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Catalysis


A catálise é um conceito essencial no campo da química, particularmente na química física, química de superfícies e química coloidal. Em termos mais básicos, um catalisador é uma substância que aumenta a taxa de uma reação química sem ser consumida ou alterada no processo. Essa ideia é importante em muitos processos industriais e em uma ampla gama de estudos científicos.

O catalisador atua proporcionando um caminho ou mecanismo de reação alternativo que requer menos energia de ativação do que a reação não catalisada. A energia de ativação é a energia mínima que deve ser fornecida para que a reação ocorra. Ao reduzir esse limiar de energia, a presença do catalisador permite que mais moléculas reagentes alcancem o estado de transição, facilitando o processo de reação.

Tipos de catalisadores

Os principais tipos de catalisadores incluem catalisadores homogêneos, catalisadores heterogêneos e biocatalisadores.

Catalisador homogêneo

Catalisadores homogêneos são catalisadores que existem na mesma fase que os reagentes, muitas vezes em uma solução líquida. Um exemplo disso é o uso de ácidos dissolvidos na esterificação de ácidos carboxílicos:

CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O

Aqui, o ácido sulfúrico (H₂SO₄) pode atuar como um catalisador homogêneo na reação entre ácido acético (CH₃COOH) e etanol (C₂H₅OH) para formar acetato de etila (CH₃COOC₂H₅) e água (H₂O).

Catalisadores heterogêneos

Ao contrário dos catalisadores homogêneos, os catalisadores heterogêneos estão em uma fase diferente dos reagentes. Tipicamente, estes são catalisadores sólidos que trabalham com reagentes gasosos ou líquidos. Uma grande vantagem é que esses catalisadores podem frequentemente ser facilmente separados dos produtos, o que muitas vezes é mais desafiador com catalisadores homogêneos.

Um exemplo de catálise heterogênea é a produção de etano por hidrogenação do eteno usando um catalisador metálico sólido como níquel:

C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g)

Nesta reação, eteno (C₂H₄) e hidrogênio (H₂) são gases enquanto o catalisador é um metal sólido.

Biocatalisador

Biocatalisadores são catalisadores derivados de fontes biológicas, muitas vezes proteínas conhecidas como enzimas. As enzimas catalisam reações dentro de sistemas biológicos e são altamente específicas, atuando em substratos particulares.

Um exemplo de catálise enzimática é a decomposição do peróxido de hidrogênio (H₂O₂) pela enzima catalase:

2H₂O₂ → 2H₂O + O₂

Esta reação ocorre para remover o peróxido de hidrogênio tóxico produzido como subproduto de processos metabólicos em organismos vivos.

Mecanismo da catálise

O processo catalítico pode ser entendido através de um diagrama de coordenadas de reação, que representa graficamente as mudanças de energia que ocorrem durante uma reação. Aqui está uma ilustração básica:

não induzido induzido Estado de transição Progresso da reação energia

Neste diagrama, o caminho azul representa o perfil energético de uma reação não catalisada com um pico de energia alto, enquanto o caminho vermelho representa uma reação catalisada com um pico de energia baixo. Ao diminuir a energia de ativação, os catalisadores tornam mais fácil para os reagentes cruzarem a barreira energética, alcançando o estado de transição de forma mais eficiente.

Aplicações da catálise

A catálise é importante em uma variedade de aplicações industriais e ambientais. Desempenha um papel integral na produção de produtos químicos, farmacêuticos e combustíveis, além de contribuir para a proteção ambiental, possibilitando a degradação de poluentes.

Processos químicos industriais

O processo Haber-Bosch é um processo industrial fundamental para a síntese de amônia a partir de gases de nitrogênio e hidrogênio. Esta reação é catalisada por ferro:

N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)

A amônia produzida é um ingrediente importante para fertilizantes, e o processo aumenta a produtividade agrícola em todo o mundo.

Refinação de petróleo

Catalisadores são amplamente utilizados em reações de craqueamento em refinarias de petróleo. Catalisadores de zeólita ajudam a quebrar grandes moléculas de hidrocarbonetos em pedaços menores e mais úteis, como a gasolina:

C₁₆H₃₄ → C₈H₁₈ + C₈H₁₆

Este processo é vital para converter petróleo bruto em combustíveis e outros produtos petroquímicos essenciais para a vida cotidiana.

Catálise ambiental

Catalisadores desempenham um papel importante na redução da poluição ambiental. Conversores catalíticos em automóveis reduzem emissões de gases nocivos, convertendo-os em substâncias menos tóxicas. Por exemplo, eles catalisam a reação:

2CO + O₂ → 2CO₂

Convertendo o gás venenoso monóxido de carbono em dióxido de carbono, que é menos prejudicial para os seres humanos.

Química de superfície e coloidal na catálise

A química de superfície é integral para a catálise, especialmente na catálise heterogênea. A eficácia de um catalisador sólido depende em grande parte de suas propriedades de superfície, como área de superfície, porosidade e presença de sítios ativos.

Área de superfície e sítios ativos

Na catálise heterogênea, a área de superfície disponível para interação com os reagentes é importante. Catalisadores com alta área de superfície, como nanopartículas, são mais eficazes porque oferecem mais sítios ativos para que a reação ocorra. Sítios ativos são locais específicos na superfície do catalisador onde os reagentes são adsorvidos e reagem, levando à transformação em produtos.

A adsorção de reagentes na superfície do catalisador pode ser descrita como fisisorção (forças de atração físicas fracas) ou quimissorção (ligações químicas fortes). A quimissorção é muitas vezes mais importante em reações catalíticas porque permite uma maior interação entre o catalisador e os reagentes, facilitando a quebra e formação de ligações.

Colóides e catálise

Coloides ou dispersões coloidais são misturas nas quais partículas finas são distribuídas em um meio contínuo sem aglomeração. Catalisadores coloidais envolvem partículas sólidas dispersas em líquidos, às vezes chamadas de "catálise coloidal". Esses têm propriedades únicas benéficas na catálise, como uma grande área de superfície ativa em relação ao seu volume.

Um exemplo é o uso de platina coloidal na hidrogenação de compostos nitro. Partículas coloidais pequenas reagem efetivamente com os reagentes, acelerando o processo de conversão devido ao seu aumento de área de superfície.

Conclusão

A catálise é a pedra angular da ciência química, com profundas implicações tanto em pesquisa científica quanto em aplicações práticas. Entender os diferentes mecanismos e tipos de catalisadores, assim como suas aplicações industriais e ambientais, demonstra o quanto a catálise é integral para a sociedade moderna. Os campos interconectados de química de superfície e química coloidal destacam ainda mais a natureza sofisticada dos processos catalíticos, oferecendo oportunidades para inovação na solução de desafios que vão desde a produção de energia até a proteção ambiental.


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