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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Supercondutores


Supercondutores são materiais fascinantes com propriedades notáveis que fascinam cientistas e engenheiros desde sua descoberta. Eles são uma classe única de materiais que exibem resistência elétrica zero e expulsão de campos magnéticos abaixo de uma determinada temperatura. Esta temperatura é conhecida como a temperatura crítica (Tc). O fenômeno da supercondutividade foi descoberto pela primeira vez por Heike Kamerlingh Onnes em 1911, quando ele observou essa característica no mercúrio a temperaturas muito baixas.

Conceitos básicos da supercondutividade

No núcleo da supercondutividade está a ausência de resistência elétrica, que, de outra forma, causa perda de energia como calor em materiais condutores normais. Em condutores clássicos, como cobre ou alumínio, os elétrons movem-se através de uma rede de íons metálicos. À medida que se movem, eles colidem com esses íons e uns com os outros, criando resistência. Quando essa resistência é reduzida a zero, como acontece nos supercondutores, os elétrons podem viajar através do material sem perder energia.

Outro aspecto importante da supercondutividade é o efeito Meissner, que descreve a expulsão de campos magnéticos de dentro de um supercondutor à medida que ele transita para o estado supercondutor. Este efeito não só torna os supercondutores perfeitos diamagnéticos, mas também possibilita fenômenos como levitação magnética.

Contexto histórico e descobertas

A jornada para compreender a supercondutividade começou com Heike Kamerlingh Onnes, que descobriu esse efeito enquanto mediava a resistividade elétrica do mercúrio a temperaturas graduadas. Isso foi revolucionário porque contradisse o entendimento predominante na época de que a resistência diminuiria para um valor mínimo, mas nunca chegaria a zero.

Nos anos seguintes, vários supercondutores elementares foram descobertos. Estanho e chumbo estavam entre os primeiros elementos cujo estado supercondutor foi identificado. Isso levou ao subsequente desenvolvimento do entendimento teórico da supercondutividade. Foi somente em 1957 que uma teoria abrangente explicando os supercondutores foi formulada por John Bardeen, Leon Cooper e Robert Schrieffer, que foi nomeada teoria BCS em homenagem às suas iniciais.

Princípio BCS

A teoria BCS fornece uma explicação microscópica para a supercondutividade em supercondutores convencionais. Ela explica como os elétrons em um supercondutor podem formar pares conhecidos como pares de Cooper. Ao contrário dos elétrons individuais que se repelem devido às suas cargas idênticas, os pares de Cooper são formados devido à atração mediada por vibrações da rede ou fônons.

Na teoria BCS, as interações entre elétrons resultam em um estado fundamental coletivo energeticamente favorável, levando a um estado supercondutor. Esses pares de Cooper movem-se através da rede sem dispersão, levando a resistência elétrica zero.

Cooper par

Tipos de supercondutores

Os supercondutores são divididos em duas categorias principais com base em seu comportamento supercondutor e propriedades físicas: tipo I e tipo II.

Supercondutor tipo I

Os supercondutores tipo I são tipicamente supercondutores fundamentais que exibem um efeito Meissner completo - onde todos os campos magnéticos são expulsos do material. Eles têm um comportamento fundamental onde o estado supercondutor é completamente interrompido por um campo magnético crítico. Exemplos de supercondutores tipo I incluem Tc = 4.15K para chumbo e Tc = 2.19K para tântalo.

Campo Magnético Supercondutores Crítico B

Supercondutor tipo II

Os supercondutores tipo II são principalmente ligas metálicas complexas ou supercondutores de alta temperatura que permitem a penetração parcial de campos magnéticos em certas regiões do material. Eles têm dois campos magnéticos críticos, Hc1 e Hc2. Entre essas regiões, o supercondutor está em um estado misto onde exclui alguns campos magnéticos e permite a penetração de outros. Os supercondutores tipo II frequentemente possuem temperaturas críticas e campos muito mais altos do que os do tipo I. Exemplos incluem a liga de nióbio-titânio (NbTi) e o conhecido supercondutor de alta temperatura do tipo cuprato, YBa2Cu3O7 (YBCO).

hc1 hc2 Supercondutores

Supercondutor de alta temperatura

A descoberta dos supercondutores de alta temperatura na década de 1980 marcou um ponto de virada, pois possibilitou a possibilidade de aproveitar a supercondutividade a temperaturas mais viáveis. Os supercondutores de alta temperatura são materiais que exibem propriedades supercondutoras em temperaturas significativamente mais altas do que os supercondutores convencionais - às vezes até mais altas do que o ponto de ebulição do nitrogênio líquido (77 K).

O primeiro supercondutor de alta temperatura descoberto foi o composto de óxido de bário-lantânio-cobre YBa2Cu3O7 com uma temperatura crítica de cerca de 92 K. Este sucesso desencadeou uma enxurrada de atividades de pesquisa e a descoberta de outros supercondutores de alta temperatura, principalmente com base em óxidos de cobre conhecidos como cupratos.

Aplicações dos supercondutores

Os supercondutores têm muitas aplicações, principalmente devido às suas propriedades elétricas e magnéticas únicas. Algumas das suas principais aplicações são as seguintes:

Imagem por ressonância magnética (MRI)

Máquinas de MRI, que dependem fortemente da tecnologia de supercondutores, fornecem imagens detalhadas de órgãos e tecidos no corpo humano. Os ímãs supercondutores geram campos magnéticos fortes que ajudam a produzir imagens médicas precisas sem exposição à radiação. O uso de supercondutores em máquinas de MRI aumenta a resolução das imagens e reduz os custos operacionais da execução dessas máquinas.

Trens Maglev

Os trens Maglev, ou levitação magnética, movem-se sem tocar nos trilhos, graças a ímãs supercondutores que permitem que esses trens "flutuem" acima dos trilhos. Este mecanismo reduz o atrito, permitindo que os trens alcancem altas velocidades com eficiência energética excepcional.

Maglev Levitação

Redes de energia

Os supercondutores podem aumentar substancialmente a eficiência nas redes de energia. Ao reduzir ou eliminar a resistência, os supercondutores podem reduzir perdas de energia durante a transmissão de energia. Essas tecnologias podem revolucionar os sistemas de distribuição de energia, facilitando a transmissão de eletricidade a longas distâncias sem perdas aparentes.

Além do seu valor econômico, os supercondutores são cruciais para o avanço da pesquisa científica, fabricando eletroímãs para aceleradores de partículas e potencialmente oferecendo uma maneira de construir computadores quânticos, que possuem capacidades de processamento incomparáveis.

Desafios e perspectivas futuras

Apesar das muitas vantagens, existem desafios associados à implementação generalizada de supercondutores. Manter temperaturas extremamente baixas necessárias para a supercondutividade pode ser caro e complexo. Mais pesquisas são necessárias para desenvolver novos materiais que possam funcionar como supercondutores em temperaturas mais altas e mais gerenciáveis.

A pesquisa contínua sobre supercondutores de temperatura ambiente representa um horizonte promissor que pode, um dia, revolucionar ainda mais a tecnologia, eliminando a necessidade de resfriamento extensivo.

Em conclusão, o campo da supercondutividade reúne muitos conceitos de química do estado sólido e inorgânica. Oferece vastas oportunidades para o avanço da tecnologia em várias áreas. Ao compreender e desenvolver novos materiais supercondutores, contribuímos para a transformação de nossos sistemas energéticos, redes de transporte, tecnologias médicas e muito mais.


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