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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Difração de raios X


A difração de raios X (XRD) é uma técnica altamente versátil que permite aos cientistas determinar a estrutura atômica e molecular de cristais. Ao medir o ângulo e a intensidade dos raios X dispersos pelos átomos dentro de um cristal, os pesquisadores podem criar uma imagem tridimensional da densidade eletrônica dentro do cristal. Esta informação é crucial para entender a estrutura cristalina dos materiais, o que, por sua vez, afeta suas propriedades e aplicações potenciais.

Princípios da difração de raios X

A difração de raios X baseia-se na interferência construtiva de raios X monocromáticos e uma amostra cristalina. Esses raios X são gerados, conduzidos através da amostra e os raios dispersos são então coletados por um detector. O princípio pode ser entendido a partir da lei de Bragg, que afirma:

nλ = 2d sen θ

Onde:
n = ordem da reflexão,
λ = comprimento de onda do feixe de raios X incidente,
d = distância entre planos na rede atômica,
θ = ângulo entre o feixe de raios X incidente e o plano do cristal.

Quando os raios X atingem a rede cristalina, eles são difratados em direções específicas. A estrutura cristalina pode ser determinada analisando os pontos formados nesse padrão de difração.

Visão geral do experimento de XRD

A realização de um experimento de difração de raios X envolve várias etapas principais:

  1. Preparação da amostra: A amostra deve estar em forma cristalina. Se não for naturalmente, pode exigir técnicas de preparação cuidadosas, como moagem ou recristalização.
  2. Produção de raios X: Os raios X usados na difração são gerados usando tubos de raios X, radiação síncrotron ou outras fontes. O comprimento de onda desses raios X está tipicamente na faixa de 0,5–2,5 Å.
  3. Coleta de dados: A amostra é colocada no caminho do feixe de raios X, e os raios difratados são coletados por um detector. Isso cria um padrão de difração, que é uma série de pontos correspondentes à estrutura atômica dentro do cristal.
  4. Análise de dados: Os padrões de difração são analisados usando softwares especializados para determinar os parâmetros da rede cristalina e a disposição dos átomos dentro da estrutura.

Aplicações da difração de raios X

A difração de raios X tem uma ampla gama de aplicações em química e ciência dos materiais:

  • Identificação de fases: A difração de raios X pode identificar as fases presentes em materiais cristalinos e pode distinguir entre diferentes formas cristalinas de uma mesma substância.
  • Determinação de estruturas cristalinas: Ela fornece informações detalhadas sobre o espaçamento interatômico e a simetria da estrutura cristalina.
  • Análise de tensões: XRD é usado para medir tensões residuais em materiais, que podem afetar suas propriedades mecânicas.
  • Análise quantitativa: Examinando a intensidade dos raios difratados, a difração de raios X pode ser usada para determinar a concentração de uma fase em uma mistura.

Exemplo de cálculo usando a lei de Bragg

Vamos ver um exemplo prático usando a lei de Bragg. Suponha que temos um cristal e queremos calcular o espaçamento entre planos d usando reflexão de primeira ordem onde n = 1, comprimento de onda λ = 1,54 Å, e ângulo de reflexão θ = 15°.

Usando a lei de Bragg: nλ = 2d senθ, podemos rearranjar para d:

d = nλ / (2 senθ)

Insira os valores fornecidos:
d = 1 × 1,54Å / (2 × sen 15°)
d = 1,54Å / 0,5176
d ≈ 2,975 Å

Visualização do padrão de difração

Considere um exemplo simples onde as posições dos átomos formam um padrão de difração. Em uma rede bidimensional, os átomos podem ser considerados como estando na interseção das linhas. O padrão de difração formará uma série de posições onde as linhas se encontram.

O SVG acima mostra o arranjo simples de átomos em uma rede cristalina capaz de criar padrões de difração específicos. Este padrão mostra o espaçamento e o arranjo específicos dentro do cristal, que podem ser analisados mais detalhadamente.

Tipos de métodos de difração de raios X

Existem vários métodos disponíveis para XRD, dependendo da amostra e dos dados desejados:

  • XRD de cristal único: usado para determinar a estrutura de um único cristal, fornecendo as coordenadas 3D exatas dos átomos.
  • Pó de XRD: Este é usado quando os cristais são muito pequenos ou não estão disponíveis; ele analisa muitos pequenos cristais e fornece informações sobre a estrutura geral.
  • XRD de filme fino: Usado em ciência dos materiais para caracterizar filmes e camadas finas usadas em semicondutores e revestimentos.

Contexto histórico e desenvolvimentos

A difração de raios X foi observada pela primeira vez por Max von Laue em 1912. Seu trabalho pioneiro abriu caminho para o desenvolvimento da cristalografia de raios X como uma ferramenta importante na química. O duo pai e filho Bragg, William Henry Bragg e William Lawrence Bragg, desenvolveram ainda mais a técnica, pelo qual receberam o Prêmio Nobel de Física em 1915. Desde então, XRD tem sido essencial em descobertas que vão desde a estrutura de dupla hélice do DNA até compostos inorgânicos complexos.

Limitações e desafios

Embora XRD seja poderosa, ela ainda tem suas limitações:

  • Estado da amostra: A amostra deve ser cristalina; materiais amorfos não produzem padrões de difração.
  • Estruturas complexas: Estruturas altamente complexas podem produzir padrões sobrepostos que são difíceis de desvendar.
  • Dano por radiação: Algumas amostras, especialmente cristais orgânicos, podem ser danificadas pela exposição prolongada aos raios X.
  • Limitações de resolução: A resolução da técnica pode não ser alta o suficiente para detectar detalhes estruturais muito finos.

Conclusão

A difração de raios X é uma técnica inestimável no conjunto de ferramentas analíticas para químicos e cientistas de materiais, fornecendo insights profundos sobre aspectos estruturais de materiais cristalinos. Apesar de seus desafios, esta técnica faz importantes contribuições para o nosso entendimento dos materiais em nível atômico, facilitando o progresso científico em muitos campos.

Estudos futuros e desenvolvimentos tecnológicos nas técnicas de difração de raios X deverão proporcionar informações ainda mais detalhadas sobre as estruturas de materiais complexos no futuro.


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