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
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Propriedades magnéticas e ópticas dos sólidos


Introdução

O estudo das propriedades magnéticas e ópticas nos sólidos é um aspecto fascinante da química do estado sólido. Essas propriedades determinam como os materiais interagem com campos magnéticos e luz, o que afeta suas aplicações práticas em uma variedade de tecnologias.

Propriedades magnéticas dos sólidos

As propriedades magnéticas nos materiais surgem do movimento dos elétrons. Isso se deve principalmente a duas formas de movimento dos elétrons: o movimento orbital dos elétrons em torno do núcleo e a rotação dos elétrons em seu próprio eixo. Quando esses movimentos interagem com campos magnéticos externos, surgem propriedades magnéticas.

Paramagnetismo e diamagnetismo

Paramagnetismo e diamagnetismo são propriedades magnéticas fundamentais encontradas em sólidos.

Paramagnetismo ocorre em materiais com elétrons desemparelhados. Esses elétrons desemparelhados têm um momento magnético líquido, o que faz com que o material seja atraído por campos magnéticos externos. Em um material paramagnético, a magnetização aumenta linearmente com a intensidade do campo magnético aplicado, mas desaparece quando o campo é removido. Exemplos de materiais paramagnéticos incluem alumínio, platina e alguns complexos de metais de transição.

Diamagnetismo surge de mudanças no movimento orbital induzidas em átomos quando expostos a um campo magnético externo. Todos os elétrons em materiais diamagnéticos estão emparelhados, então não possuem momento magnético líquido na ausência de um campo externo. Quando um campo magnético é aplicado, esses materiais geram um pequeno campo magnético oposto, causando uma leve repulsão. Exemplos de materiais diamagnéticos incluem bismuto, cobre e chumbo.

Ferromagnetismo, antiferromagnetismo e ferrimagnetismo

Alguns materiais exibem formas mais complexas de magnetismo:

Ferromagnetismo é observado em materiais como ferro, cobalto e níquel. Nesses materiais, os momentos magnéticos dos átomos estão alinhados na mesma direção mesmo na ausência de um campo magnético externo. Este alinhamento surge de um mecanismo de interação de troca. O material exibe um momento magnético permanente, que pode ser muito forte.

Antiferromagnetismo envolve materiais nos quais momentos magnéticos adjacentes apontam em direções opostas. Isso resulta em um momento magnético líquido de zero. Esses materiais, como o óxido de manganês (MnO), exibem esse comportamento devido a interações específicas de troca eletrônica que preferem alinhamentos opostos.

Ferrimagnetismo ocorre em materiais onde os momentos magnéticos estão alinhados em direções opostas, o que é similar ao antiferromagnetismo, mas as magnitudes dos momentos magnéticos opostos são desiguais. Isso resulta em uma magnetização líquida. Um exemplo de um material ferrimagnético é a magnetita (Fe 3 O 4).

Exemplo visual: alinhamento de momentos magnéticos

        +++++ ----- +++--- Norte Sul Misto Ferromagnético Antiferromagnetismo Ferrimagnetismo

Propriedades ópticas dos sólidos

As propriedades ópticas lidam com como os materiais sólidos interagem com a radiação eletromagnética, particularmente a luz visível. Quando a luz interage com um material sólido, ela pode ser absorvida, refletida ou transmitida, levando a vários fenômenos ópticos.

Absorção, reflexão e transmissão

Absorção de luz ocorre quando fótons são absorvidos por elétrons em um material sólido, causando a movimentação dos elétrons para níveis de energia mais altos. Os comprimentos de onda específicos que são absorvidos dependem dos níveis de energia disponíveis no material. Forte absorção no espectro visível dá cor aos materiais.

Reflexão ocorre quando ondas de luz ricocheteiam na superfície de um material, sem penetrá-lo. Metais geralmente refletem uma grande quantidade de luz, razão pela qual aparecem brilhantes.

Transmissão é a passagem da luz através de uma substância. Substâncias transparentes, como o vidro, transmitem a maior parte da luz, permitindo que objetos sejam vistos através delas.

Refração e índice de refração

Refração é a curvatura da luz quando ela passa de um meio para outro com um índice de refração diferente. O índice de refração é uma medida de quanto a velocidade da luz é reduzida dentro de um meio.

        n = c / v

Onde n é o índice de refração, c é a velocidade da luz no vácuo, e v é a velocidade da luz no material.

Exemplos de fenômenos ópticos

Um fenômeno óptico clássico é o espectro de cores que aparece quando a luz passa por um prisma. Isso se deve aos diferentes índices de refração para diferentes comprimentos de onda, causando a dispersão da luz em suas cores componentes.

        Luz Branca -------> Prisma -------> Espectro de Cores

Teoria de bandas e transições eletrônicas

Para entender as propriedades magnéticas e ópticas é necessário ter uma boa compreensão da teoria de bandas, que descreve os níveis de energia dos elétrons em sólidos.

Bandas de energia: valência e condução

Em sólidos, átomos bem próximos formam bandas de energia em vez de níveis distintos. As duas bandas mais importantes são a banda de valência, que é preenchida com elétrons de valência, e a banda de condução, que é mais alta em energia e normalmente está vazia. A diferença entre essas duas bandas é conhecida como o band gap.

Transições eletrônicas e band gap

Quando um elétron absorve energia, que pode estar na forma de um fóton, ele pode se mover da banda de valência para a banda de condução. Esta transição depende da energia do band gap. Materiais com um pequeno band gap absorvem na região do infravermelho, enquanto grandes band gaps requerem radiação UV para excitação eletrônica.

Materiais ópticos: aplicações

Entender as propriedades ópticas é importante no design de materiais para lentes, lasers e fibras ópticas.

Vidros e cristais: Usados em lentes, prismas, e outros componentes ópticos devido à sua transparência e capacidade de dobrar a luz em ângulos desejados.

Cristais fotônicos: Alteram estruturalmente o caminho da luz, importantes no desenvolvimento de dispositivos ópticos modernos.

Materiais magnéticos: aplicações

As propriedades magnéticas são integrais para o desenvolvimento de armazenamento de dados e dispositivos eletrônicos.

Armazenamento magnético: Usa materiais ferromagnéticos em discos rígidos e fitas magnéticas.

Sensores e detectores magnéticos: Usados em uma variedade de aplicações, incluindo sistemas de navegação e dispositivos médicos como scanners de ressonância magnética (MRI).

Conclusão

Propriedades magnéticas e ópticas desempenham um papel crítico na funcionalidade de muitos materiais e dispositivos. Desde os fundamentos das interações dos elétrons com campos magnéticos e luz até aplicações complexas em tecnologia moderna, entender essas propriedades é crucial para avançar na ciência dos materiais e projetar novos dispositivos para atender às necessidades emergentes.


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