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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Estruturas Cristalinas


Na química do estado sólido, as estruturas cristalinas representam a disposição ordenada dos átomos dentro de uma substância. Compreender essas estruturas é importante para explicar muitas propriedades físicas das substâncias, como condutividade, magnetismo e propriedades ópticas. Na química inorgânica, essas estruturas cristalinas são particularmente importantes porque ajudam a entender a estrutura e a funcionalidade de metais, cerâmicas, minerais e outros compostos inorgânicos.

Conceitos básicos

Sólidos cristalinos são definidos pelo arranjo periódico de átomos, íons ou moléculas em uma rede tridimensional. A menor unidade repetitiva dessa estrutura é chamada de célula unitária. O arranjo das células unitárias forma todo o cristal, fornecendo informações sobre a estrutura e possíveis propriedades do sólido.

Célula unitária

A célula unitária é o bloco de construção da estrutura cristalina. É definida por seus parâmetros de rede, que são os comprimentos das arestas da célula (a, b, c) e os ângulos entre elas (α, β, γ). Essas células são repetidas em um padrão para preencher o espaço sem sobreposição.

A B

Tipos de célula unitária

Existem vários tipos diferentes de células unitárias que formam a base das estruturas cristalinas:

  • Cúbica Simples (SC): Há um átomo em cada canto do cubo. A estrutura cúbica simples é a mais simples, mas raramente vista.
  • Cúbica de Corpo Centrado (BCC): Similar à SC, mas com um átomo extra no centro do cubo. Um exemplo disso é o ferro em baixas temperaturas.
  • Cúbica de Faces Centradas (FCC): Um átomo está localizado em cada canto e no centro de todas as faces do cubo. Comum em metais como alumínio, cobre e ouro.
  • Hexagonal compacta (HCP): Átomos estão compactamente dispostos em uma arranjo hexagonal. Exemplos incluem magnésio e titânio.

Exemplo de texto de uma estrutura cúbica simples

 Estrutura Cúbica Simples:
 
 Átomo de canto
 (0,0,0) -------------------*------------------- (A,0,0)
 ,
 ,
 ,
 ,
 ,
 ,
 ,
 ,
 ,
 ,
 ,
 ,
 ,
 ,
 (0,0,a) -------------------*------------------- (a,0,a)

Sistema cristalino cúbico

O sistema cristalino cúbico é um dos sistemas cristalinos mais comuns e importantes. Possui três eixos iguais que se intersectam em ângulos de 90 graus. Dentro do sistema cúbico, temos três tipos principais:

  • Cúbica Simples (SC): Este sistema não é muito eficiente na utilização do espaço. A eficiência de empacotamento ou a fração do volume preenchida por átomos é de cerca de 52%.
  • Cúbica de Corpo Centrado (BCC): A eficiência de empacotamento é maior que a SC, cerca de 68%, devido ao átomo central.
  • Cúbica de Faces Centradas (FCC): Esta é a mais eficiente dos tipos cúbicos, com uma eficiência de empacotamento de cerca de 74%.

Esta vista mostra uma estrutura cúbica de corpo centrado, com os átomos do canto coloridos em azul e o átomo central colorido em vermelho.

Sistema cristalino hexagonal

Outro sistema cristalino amplamente estudado é o sistema hexagonal, que possui dois eixos iguais perpendiculares um ao outro e um terceiro eixo de comprimento diferente que os intercepta ambos em 90 graus. Seu exemplo tradicional é a estrutura hexagonal compacta (HCP).

Exemplo de texto de estrutura hexagonal compacta

 Camada superior:
 
 átomo 1 átomo 2 átomo 3
 
  ,
   ,
 
 camada inferior:
 
     átomo 4 átomo 5 átomo 6
  
      ,
       ,
  
 (Vista do piso base)

Número de coordenação

O número de coordenação é um conceito importante no entendimento das estruturas cristalinas. Refere-se ao número de átomos vizinhos mais próximos que cercam um átomo central. Varia com o tipo de estrutura cristalina:

  • O número de coordenação para Sc é 6.
  • O número de coordenação para bcc é 8.
  • O número de coordenação para fcc e hcp é 12.

Visualização de estruturas cristalinas

A visualização de estruturas cristalinas pode ser desafiadora. No entanto, ao analisar a simetria da rede e os padrões de repetição, a natureza complexa dessas estruturas pode ser melhor compreendida. Aqui, a simetria leva a propriedades únicas que impactam diretamente a funcionalidade do material.

Consideremos a estrutura cúbica do diamante, na qual os átomos de carbono estão ligados covalentemente em uma geometria tetraédrica.

Polimorfismo e alotropia

Polimorfismo refere-se à capacidade de uma substância existir em mais de uma estrutura cristalina. Este fenômeno é importante na ciência dos materiais e tem impacto nas propriedades físicas, como ponto de fusão e solubilidade. Alotropia é um conceito semelhante, mas é restrito a entidades elementares.

Um exemplo clássico disso é o carbono, que pode formar grafite ou diamante dependendo de sua ligação e estrutura. O grafite tem uma estrutura em camadas com forças fracas entre as camadas, enquanto o diamante tem uma estrutura tetraédrica ligada, resultando em dureza.

Aplicações de estruturas cristalinas

Compreender estruturas cristalinas é importante em muitas aplicações tecnológicas. Por exemplo, a indústria de semicondutores depende fortemente do conhecimento das estruturas cristalinas para o desenvolvimento de materiais como silício e arseneto de gálio. Da mesma forma, a indústria farmacêutica avalia estruturas cristalinas para o design e fabricação de medicamentos.

A descoberta de novas estruturas cristalinas está impulsionando inovações na ciência dos materiais, levando ao desenvolvimento de supercondutores, catalisadores e novos materiais estruturais com propriedades avançadas.

Conclusão

Em resumo, as estruturas cristalinas na química do estado sólido são fundamentais para a compreensão de uma ampla gama de propriedades físicas e aplicações tecnológicas. Ao analisar o arranjo geométrico dos átomos e a simetria resultante, os cientistas podem prever e otimizar as propriedades físicas necessárias para usos específicos.


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