Doutorado
  1. Química inorgânica  1.1. Química de coordenação  1.1.1. Teoria do campo dos ligantes  1.1.2. Teoria do campo cristalino  1.1.3. Teoria de Orbital Molecular para Compostos de Coordenação  1.1.4. Estabilidade de Compostos de Coordenação  1.1.5. Espectros eletrônicos de compostos de coordenação  1.1.6. Isomerismo em Compostos de Coordenação  1.1.7. Cinética e mecanismo das reações de coordenação  1.2. Química Organometálica  1.2.1. Carbonilos metálicos  1.2.2. Alquil e aril metálico  1.2.3. Carbonos de Fischer e Schrock  1.2.4. Adição Oxidativa e Eliminação Redutiva  1.2.5. Hidretos Metálicos  1.2.6. Catalysis by organometallic compounds  1.2.7. Metallocenos e Complexos Sanduíche  1.2.8. Ativação de CH  1.3. Química do estado sólido  1.3.1. Estruturas e Redes Cristalinas  1.3.2. Teoria de bandas e propriedades elétricas  1.3.3. Defeitos no cristal  1.3.4. Síntese de materiais de estado sólido  1.3.5. Propriedades magnéticas e ópticas dos sólidos  1.3.6. Supercondutividade  1.3.7. Íons em estado sólido  1.4. Química Bio-inorgânica  1.4.1. Metaloproteínas e enzimas  1.4.2. Transporte e armazenamento de íons metálicos  1.4.3. O papel dos metais na medicina  1.4.4. Catálise bioinspirada  1.4.5. Interações Metal-DNA  1.4.6. Complexos Metálicos na Ciência Médica  1.5. Lantanídeos e Actinídeos  1.5.1. Configuração eletrônica e estados de oxidação em lantanídeos e actinídeos  1.5.2. Propriedades Espectrais e Magnéticas em Lantanídeos e Actinídeos  1.5.3. Separação e Extração de Lantanídios e Actinídios  1.5.4. Química de coordenação dos elementos do bloco f  1.6. Main Group Chemistry  1.6.1. Química de compostos de boro  1.6.2. Química dos Compostos de Silício e Germânio  1.6.3. Química dos Compostos de Fósforo e Enxofre  1.6.4. Química de organossilício  1.6.5. Química dos Gases Nobres
  2. Química Orgânica  2.1. Mecanismo de reação  2.1.1. Reações de substituição nucleofílica  2.1.2. Reações de adição e substituição eletrofílica  2.1.3. Reações de eliminação  2.1.4. Reações de Rearranjo  2.1.5. Reações Radicais  2.1.6. Reações Pericíclicas  2.1.7. Reações fotoquímicas  2.2. Estereoscópico  2.2.1. Quiralidade e atividade óptica  2.2.2. Análise estrutural  2.2.3. Efeitos estereoeletrônicos  2.2.4. Síntese assimétrica  2.2.5. Estereoquímica Dinâmica  2.3. Química Organometálica na Síntese Orgânica  2.3.1. Reagentes de organolítio e organomagnésio  2.3.2. Reações de acoplamento catalisadas por metais de transição  2.3.3. Reações catalisadas por paládio  2.3.4. Metátese de Olefinas  2.3.5. Catálise de ouro e prata  2.4. Química de produtos naturais  2.4.1. Alcaloides e terpenoides  2.4.2. Esteróides e Flavonoides  2.4.3. Síntese total de produtos naturais  2.4.4. Biossíntese de produtos naturais  2.5. Química Supramolecular  2.5.1. Química Hospedeiro-Convidado  2.5.2. Auto-organização e reconhecimento molecular  2.5.3. Catalise Supramolecular  2.5.4. Máquinas Moleculares
  3. Química Física  3.1. Termodinâmica  3.1.1. Leis da Termodinâmica  3.1.2. Potencial Químico e Equilíbrio  3.1.3. Termodinâmica Estatística  3.1.4. Termodinâmica de não equilíbrio  3.2. Química Quântica  3.2.1. Equação de Schrödinger e suas aplicações  3.2.2. Teoria do orbital molecular  3.2.3. Teoria do funcional da densidade  3.2.4. Post-Hartree–Fock methods  3.3. Cinética química  3.3.1. Teoria da taxa de reação  3.3.2. Mecanismo e leis de velocidade  3.3.3. Catalise e cinética enzimática  3.3.4. Dinâmica de reações  3.4. Espectroscopia e estrutura molecular  3.4.1. Espectroscopia de Infravermelho  3.4.2. Espectroscopia UV-visível  3.4.3. Espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear  3.4.4. Espectrometria de Massa  3.4.5. Espectroscopia Raman  3.5. Química de Superfícies e Coloides  3.5.1. Absorção e Catálise  3.5.2. Tensioativos e micelas  3.5.3. Estabilidade Coloidal  3.5.4. Nanomateriais e Interfaces
  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  4.1.4. Cromatografia Iônica  4.2. Técnicas Eletroanalíticas  4.2.1. Voltametria e Polarografia  4.2.2. Condutometria e potenciometria  4.2.3. Colometria  4.3. Métodos Espectroscópicos  4.3.1. Espectroscopia de absorção atômica  4.3.2. Espectroscopia de Fluorescência  4.3.3. Difração de raios-X  4.3.4. Espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica  4.4. Quimiometria  4.4.1. Processamento de dados e métodos estatísticos  4.4.2. Análise multidisciplinar  4.4.3. Aprendizado de Máquina em Química Analítica
  5. Química Teórica e Computacional  5.1. Simulação de dinâmica molecular  5.2. Métodos de química quântica  5.3. Design de fármacos computacional  5.4. Aprendizado de Máquina em Química  5.5. Dinâmica molecular ab initio
  6. Biofísica e Química Medicinal  6.1. Descoberta e Design de Medicamentos  6.2. Cinética enzimática e inibição  6.3. Abordagem de biologia química  6.4. Interações proteína-ligante  6.5. Química bio-ortogonal
  7. Química de materiais  7.1. Química de polímeros  7.1.1. Mecanismo de polimerização  7.1.2. Polímeros Funcionais  7.1.3. Polímero Biodegradável  7.1.4. Polímeros condutores e semicondutores  7.2. Nanoquímica  7.2.1. Nanopartículas e nanoestruturas  7.2.2. Nanomateriais à base de carbono  7.2.3. Pontos quânticos  7.3. Química Energética e Ambiental  7.3.1. Química de Baterias e Células a Combustível  7.3.2. Química verde e materiais sustentáveis  7.3.3. Fotocatálise

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Estruturas e Redes Cristalinas


No fascinante mundo da química do estado sólido, um dos conceitos fundamentais é a estrutura cristalina. Compreender estruturas cristalinas é essencial para qualquer pessoa que se aventure na química e física dos sólidos. As estruturas cristalinas definem o arranjo ordenado de átomos, íons ou moléculas em uma substância cristalina e afetam significativamente as propriedades físicas da substância.

Introdução aos cristais

Um cristal é um material sólido cujos átomos estão dispostos em um padrão altamente ordenado e repetitivo que se estende por todas as três dimensões espaciais. A unidade repetitiva nesta estrutura ordenada é conhecida como célula unitária, a menor parte da rede cristalina que, quando repetida, recria toda a estrutura do cristal.

O estudo da formação de cristais e redes cristalinas está sob o campo da cristalografia, que utiliza uma variedade de técnicas para determinar o arranjo dos átomos dentro de um sólido.

Células unitárias e redes

Uma célula unitária é definida por seus parâmetros de rede, que são os comprimentos das arestas da célula e os ângulos entre elas. Os exemplos mais simples de uma célula unitária são aqueles da rede cúbica, onde os ângulos entre as arestas são de 90 graus, e o comprimento de cada aresta é igual.

Tipo de malha             | Comprimento das arestas | ângulo interaxial
Cubo Simples              | a = b = c             | α = β = γ = 90°
Cúbico de corpo centrado  | a = b = c             | α = β = γ = 90°
Cubo de face centrada     | a = b = c             | α = β = γ = 90°

Diversos materiais podem cristalizar em diferentes sistemas de rede, que são amplamente classificados em sete sistemas cristalinos:

- Cubo
- Quadrilateral
- Ortorrômbico
- Hexagonal
- Romboédrico
- Monoclínico
- Triclínico

Sete sistemas cristalinos

Cada um desses sistemas cristalinos tem suas próprias características distintas:

  • Cúbico: Caracterizado por três eixos perpendiculares de comprimento igual. Exemplo: Cloreto de sódio (NaCl). 
       O O
  O------O 
  | O-----O
   O O
  • Tetragonal: Similar a um cubo, mas com um eixo mais longo. Exemplo: Estanho branco (Sn). 
       O O
  O------O 
  | O-----O
   O O
  • Ortorrômbico: Todos os três eixos têm comprimentos diferentes. Exemplo: Enxofre (S). 
       O O
  O------O 
  | O-----O
   O O
  • Hexagonal: Dois eixos de comprimento igual a 120° e um terceiro eixo perpendicular ao plano dos outros dois. Exemplo: grafite. 
         O O
    O O
   O-------O 
   | O-----O
    O O
  • Romboédrico: Também chamado de triangular. Todos os eixos são de igual comprimento e todos os ângulos são iguais, mas não 90°. Exemplo: Calcita (CaCO3). 
         O O
    O O
   O------O 
   | O----O
    O O
  • Monoclínico: Eixos de comprimentos desiguais, com dois ângulos de 90° e um ângulo ligeiramente diferente. Exemplo: Gesso (CaSO4·2H2O). 
       O O
  O O
 O-------O 
 | O-----O
  O O
  • Triclínico: O menos simétrico. Todos os lados e ângulos são diferentes. Exemplo: Dicromato de potássio (K2Cr2O7). 
       O O
  O O
 O------O 
 | O----O
  O O

Empacotamento próximo em um cristal

Na natureza, muitas estruturas cristalinas se formam através de um processo chamado empacotamento próximo. O empacotamento próximo envolve a disposição de esferas (representando átomos) de tal forma que ocupem o máximo possível de espaço com o mínimo de volume vazio.

Tipos de empacotamento próximo

  • Hexagonal de empacotamento próximo (HCP): Este arranjo pode ser representado como um padrão repetitivo ABAB. Cada átomo é cercado por 12 outros átomos. Exemplo: Magnésio (Mg). 
    Camada A: oooo
Camada B:  ooo
Camada A: oooo
  • Cubo de face centrada (FCC): Este sistema também é conhecido como cúbico de empacotamento próximo (CCP) e segue o padrão ABCABC. Esta é a estrutura de muitos metais como alumínio (Al). 
    Camada A: oooo
Camada B:  ooo
Camada C: oooo

Estruturas cúbicas cristalinas

Muitos metais e ligas do dia a dia cristalizam em estruturas cúbicas devido à sua simetria e simplicidade.

Cubo Simples (CS)

Na estrutura cúbica simples, os átomos estão localizados em cada canto do cubo. Possui uma célula unitária cúbica primitiva (ou rede) de um átomo por célula unitária.

Cúbico de corpo centrado (BCC)

Na estrutura BCC, os átomos são encontrados em todos os oito cantos, bem como um átomo no centro do cubo. O ferro (Fe) é um exemplo clássico disso. Este arranjo proporciona um empacotamento mais eficaz do que o cubo simples.

Cubo de face centrada (FCC)

Na estrutura FCC, os átomos estão localizados em cada canto e no centro de todas as faces do cubo. Este arranjo dá alta eficiência de empacotamento e é encontrado em metais como cobre (Cu).

Compreendendo o Número de Coordenação e o Fator de Empacotamento Atômico

O número de coordenação é o número de vizinhos mais próximos que cercam um átomo em uma estrutura cristalina. O fator de empacotamento atômico (APF) é a fração do volume em uma estrutura cristalina que é ocupada por átomos.

Estruturas cúbicas e suas propriedades

Abaixo estão as propriedades das estruturas cúbicas simples, de corpo centrado e de face centrada:

Tipo de estrutura         | Número de coordenação | Fator de empacotamento atômico
Cubo simples              | 6                     | 0,52
Cúbico de corpo centrado  | 8                     | 0,68
Cubo de face centrada     | 12                    | 0,74

Ilustração das estruturas cristalinas

Considere uma estrutura cúbica simples representada visualmente em uma grade, onde há um átomo em cada canto do cubo:

,
,
,
,
,

Em resumo, o estudo das estruturas e redes cristalinas oferece insights profundos sobre as propriedades físicas dos materiais, afetando desde a condutividade elétrica até a resistência mecânica. O arranjo ordenado dos átomos, a regularidade das estruturas de rede e a beleza dos sistemas cristalográficos desempenham um papel fundamental na definição das características dos materiais que encontramos tanto na natureza quanto na indústria.

Conclusão

Explorar estruturas e redes cristalinas é crucial para entender o comportamento químico e físico dos materiais. De cubos simples a polígonos complexos, cada arranjo revela as complexidades e a beleza da matéria sólida. À medida que nos aprofundamos na química do estado sólido, esses conceitos fundamentais pavimentam o caminho para a inovação e descoberta na ciência dos materiais.


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