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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Química do estado sólido


A química do estado sólido é um campo amplo dentro da química inorgânica que se concentra no estudo e compreensão das propriedades, estrutura e comportamento dos sólidos. Este domínio se sobrepõe consideravelmente com a ciência dos materiais e tem implicações de longo alcance em uma variedade de avanços tecnológicos, incluindo eletrônicos, armazenamento de energia e materiais estruturais.

Introdução ao estado sólido

Em química, o termo "estado sólido" refere-se a um estado da matéria em que átomos ou íons estão organizados em uma rede tridimensional bem ordenada. Essa ordem resulta em uma forma e volume definidos para a substância. O estado sólido se distingue dos estados líquido e gasoso porque as partículas nele estão compactadas, muitas vezes em um padrão repetitivo conhecido como rede cristalina.

O comportamento e as propriedades dos sólidos estão intimamente ligados a essa estrutura cristalina. Por exemplo, o ponto de fusão, a condutividade elétrica, a resistência mecânica e a expansão térmica de um sólido dependem de como seus átomos ou íons estão organizados e conectados entre si.

Estruturas cristalinas

A estrutura cristalina dos sólidos é o foco principal da química do estado sólido. A estrutura de um cristal descreve o arranjo de átomos em um padrão regular e repetitivo. Entender essas estruturas ajuda a prever o comportamento das substâncias e criar novos compostos com propriedades específicas.

Célula unitária

A menor unidade repetitiva de uma rede cristalina é conhecida como célula unitária. As células unitárias são os blocos de construção da estrutura cristalina, e seu arranjo geométrico determina as propriedades macroscópicas do cristal. Tipos comuns de células unitárias incluem:

  • Cubo primitivo (simples)
  • Cúbica de corpo centrado (BCC)
  • Cúbica de face centrada (FCC)
  • Hexagonal compacta (HCP)

Eficiência de empacotamento

A eficiência de empacotamento refere-se à fração do volume ocupado por partículas em um cristal, comparada ao volume total da rede. Esta eficiência é importante para determinar a densidade e a estabilidade da estrutura cristalina. Por exemplo, os arranjos FCC e HCP oferecem maior eficiência de empacotamento (~74%) do que o BCC (~68%).

Ligações em sólidos

As ligações em sólidos definem sua resistência mecânica, propriedades elétricas e comportamento térmico. Os tipos principais de ligações em sólidos são os seguintes:

  • Ligação iônica: encontrada em compostos como NaCl, onde íons carregados opostamente formam uma rede cristalina através de interações eletrostáticas.
  • Ligação covalente: Ocorre em alguns elementos como semicondutores e diamante, onde átomos compartilham elétrons.
  • Ligação metálica: Presente em metais como cobre ou alumínio, é caracterizada por um mar de elétrons deslocalizados ao redor dos íons positivos.
  • Forças de Van der Waals: Presentes em cristais moleculares como sólidos I_2, onde forças intermoleculares fracas mantêm as moléculas juntas.

Esses tipos de ligações proporcionam propriedades únicas nos materiais. Por exemplo, os sólidos iônicos costumam ser duros, quebradiços e ter altos pontos de fusão, enquanto materiais metálicos são maleáveis e excelentes condutores de eletricidade.

Defeitos no cristal

Os cristais do mundo real costumam conter imperfeições, mesmo que a natureza repetitiva ideal seja prevista por modelos de rede ideais. Essas imperfeições, ou defeitos, podem afetar significativamente as propriedades físicas do material.

Tipos de defeitos

  • Defeitos pontuais: Incluem lacunas (átomos ausentes) e intersticiais (átomos extras localizados em locais não de rede). Esses defeitos podem afetar propriedades como a condutividade iônica.
  • Defeitos lineares (discordâncias): As discordâncias são desvios da periodicidade perfeita ao longo de uma linha em um cristal, que são importantes na determinação das propriedades mecânicas.
  • Defeitos planares: Incluem contornos de grãos e superfícies que afetam propriedades físicas como recristalização e fusão.

Propriedades eletrônicas dos sólidos

As propriedades eletrônicas de um sólido são amplamente determinadas pela natureza da estrutura de bandas, que resulta da sobreposição de orbitais atômicos no sólido. Essa sobreposição cria 'bandas' de níveis de energia, que são divididas em a banda de valência e a banda de condução.

Teoria de bandas

A teoria de bandas fornece a base para compreender a condutividade elétrica de vários materiais. Os sólidos são geralmente classificados em condutores, semicondutores e isolantes com base na diferença entre as bandas de valência e condução:

  • Condutores: Nos metais como cobre, a banda de condução está parcialmente preenchida, permitindo que os elétrons fluam facilmente.
  • Semicondutores: Materiais como o silício têm uma pequena lacuna de energia que pode ser superada pela energia térmica, tornando possível o fluxo de corrente elétrica controlada.
  • Isolantes: Em materiais como o quartzo, a grande lacuna de banda impede o fluxo de elétrons em condições normais.
    
    
        
        
        banda de condução
        banda de valência
        lacuna de banda

Propriedades magnéticas dos sólidos

As propriedades magnéticas dos sólidos surgem do comportamento e arranjo dos elétrons dentro do material. Essas propriedades podem ser classificadas em diferentes tipos:

  • Diamagnetismo: Fraca repulsão de um campo magnético, observada em materiais onde todos os elétrons estão emparelhados.
  • Paramagnetismo: Atração para um campo magnético observada em materiais que possuem elétrons desemparelhados que são alinhados com o campo externo.
  • Ferromagnetismo: Forte atração e retenção de propriedades magnéticas observadas no ferro, devido aos spins de elétrons alinhados.
  • Antiferromagnetismo: Possuindo momentos magnéticos opostos que se anulam, comum em compostos como MnO.
  • Ferrimagnetismo: Semelhante ao antiferromagnetismo, mas com momentos magnéticos oponentes desiguais, resultando em magnetismo líquido, frequentemente visto na magnetita (Fe3O4).

Aplicações da química do estado sólido

A química do estado sólido desempenha um papel fundamental no desenvolvimento de muitas tecnologias com benefícios sociais:

  • Eletrônicos: Os semicondutores estão no coração dos dispositivos eletrônicos, seja em computadores ou smartphones. Materiais como Si e GaAs desempenham um papel vital na criação de componentes eletrônicos eficientes e poderosos.
  • Armazenamento de energia: Avanços na tecnologia de baterias, particularmente no caso de baterias de íon de lítio, dependem da química do estado sólido para melhorar a capacidade energética e o ciclo de vida.
  • Catalise: Muitos catalisadores industriais são materiais sólidos, onde entender as estruturas de superfície e defeitos é essencial para otimizar a reatividade química.
  • Materiais estruturais: O desenvolvimento de novas ligas e cerâmicas com propriedades mecânicas aprimoradas baseia-se nos princípios da química do estado sólido.

Conclusão

A química do estado sólido serve como uma ponte entre a química e a ciência dos materiais, fornecendo informações sobre a estrutura, propriedades e funcionalidade das substâncias. À medida que a tecnologia continua a evoluir, o campo permanece na vanguarda, possibilitando novas inovações e aplicações que protegem o progresso da nossa sociedade.


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