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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Condutividade e mobilidade


A eletroquímica estende sua relevância para muitos campos, incluindo química física, ciência dos materiais e engenharia química. Uma compreensão detalhada da condutividade e da mobilidade forma a espinha dorsal das aplicações eletroquímicas, variando de tecnologias de baterias a sistemas biológicos. Nesta exposição, exploraremos os conceitos fundamentais de condutividade iônica e mobilidade, as fórmulas matemáticas associadas, exemplos ilustrativos e suas aplicações no mundo real.

Compreendendo a condutividade

Condutividade, em um sentido amplo, refere-se à capacidade de uma substância de conduzir uma corrente elétrica. Em eletroquímica, focamos particularmente na condutividade iônica, que lida com o movimento de partículas carregadas, tipicamente íons, através de um meio. A condutividade ((sigma)) é definida como o inverso da resistividade ((rho)). Portanto, pode ser matematicamente representada como:

(sigma = frac{1}{rho})

Nesse contexto, a resistividade é a propriedade intrínseca de um meio que impede o fluxo de corrente elétrica.

Formulação matemática da condutividade

A condutividade é afetada tanto pela concentração das espécies carregadas quanto pela sua mobilidade. A representação mais simples para a condutividade de uma solução eletrolítica é dada pela lei de Kohlrausch para um eletrólito:

(sigma = c cdot |z| cdot F cdot (u_+ + u_-))

Onde:

  • c = concentração de íons (mol/L)
  • |z| = valor absoluto da carga dos íons
  • F = constante de Faraday (96500 C/mol)
  • u_+, u_-) = mobilidade iônica dos cátions e ânions respectivamente (m2/V s)

Descoberta da mobilidade iônica

A mobilidade iônica (u) refere-se à rapidez com que um íon se move em uma solução sob um campo elétrico. É uma medida da velocidade adquirida por um íon por unidade de campo elétrico. A mobilidade representa a resposta dos íons ao campo elétrico aplicado:

(u = frac{v}{E})

Onde:

  • v = velocidade de deriva do íon (m/s)
  • E = intensidade do campo elétrico (V/m)

Fatores que afetam a mobilidade iônica

  • Tamanho do íon: Íons maiores têm menor mobilidade porque experimentam maior atração do solvente. Por exemplo, compare a mobilidade de Na + e K +. Tipicamente, K + terá uma mobilidade ligeiramente menor porque é um pouco maior que Na +.
  • Viscosidade do solvente: Um solvente com alta viscosidade oferece maior resistência ao movimento dos íons, reduzindo sua mobilidade.
  • Temperatura: Geralmente, o aumento da temperatura aumenta a mobilidade dos íons, pois diminui a viscosidade do solvente.
  • Intensidade do campo elétrico: Um campo elétrico forte aumenta as forças atuando sobre os íons, aumentando assim sua velocidade.

Relação entre condutividade e mobilidade

Condutividade e mobilidade estão inter-relacionadas através da concentração de íons. Maior mobilidade significa maior contribuição para a condutividade, pois íons em movimento mais rápido melhoram significativamente o processo de condução. Mobilidades iônicas individuais contribuem para a condutividade total:

(sigma = sum_{i}^{} c_i cdot |z_i| cdot F cdot u_i)

Aqui, c_i denota a concentração do íon i, z_i denota sua carga e u_i denota sua mobilidade.

Cálculo de exemplo

Considere uma solução aquosa de cloreto de sódio (NaCl). A concentração da solução é 0,1 mol/L. As mobilidades iônicas são calculadas como u_{Na^+} = 5.19 times 10^{-8} text{ m}^2/text{V}cdottext{s} e u_{Cl^-} = 7.91 times 10^{-8} text{ m}^2/text{V}cdottext{s} usando a fórmula:

(sigma = c cdot F cdot (u_{Na^+} + u_{Cl^-}) = 0.1 cdot 96500 cdot (5.19 times 10^{-8} + 7.91 times 10^{-8}))

O cálculo acima dá a condutividade (sigma approx 1.26 , text{S/m}), que mostra forte capacidade de condução de corrente.

Aplicações em cenários do mundo real

Compreender e controlar a condutividade e a mobilidade em sistemas eletroquímicos possui muitas aplicações, incluindo:

Baterias

Na tecnologia de baterias, a condutividade do eletrólito é um fator chave que determina a eficiência e a potência de saída da bateria. Os eletrólitos não aquosos usados em baterias de íon de lítio são escolhidos especificamente por sua alta mobilidade iônica, permitindo operação eficiente mesmo em baixas temperaturas.

Células de combustível

As células de combustível dependem fortemente da condução iônica através de membranas, tornando as considerações de condutividade e mobilidade iônica importantes. Por exemplo, células de combustível de membrana de troca de prótons (PEM) focam especificamente na mobilidade dos prótons dentro da membrana para garantir uma gestão eficiente da água e conversão de energia.

Sistemas biológicos

A mobilidade iônica e a condutividade são também fundamentais em uma variedade de processos biológicos, incluindo a transmissão de impulsos nervosos e a contração muscular, que dependem do movimento rápido de íons como sódio (Na +), potássio (K +) e cálcio (Ca 2+).

Visualização de condutividade e mobilidade

Para tornar este conceito mais claro, considere um exemplo simples:

Íons movendo-se em um campo elétrico

No diagrama acima, os círculos representam íons movendo-se através do meio. A velocidade dos íons (condutividade) e sua resposta instantânea ao campo elétrico (mobilidade) são representadas conceitualmente por setas direcionais.

Conclusão

A complexa dança dos íons sob a influência de um campo elétrico – incorporada pela condutividade e mobilidade – desempenha um papel fundamental em muitas aplicações cruciais para a tecnologia moderna e processos naturais. Uma compreensão detalhada desses parâmetros serve como base para projetar e otimizar dispositivos e sistemas eletroquímicos em uma ampla gama de indústrias. À medida que continuamos a explorar novos materiais e aplicações inovadoras, os conceitos de mobilidade iônica e condutividade continuarão na vanguarda do avanço tecnológico.


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