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

Doutorado → Química Física ↓


Termodinâmica


A termodinâmica é um ramo da química física que lida com o estudo da energia, trabalho, calor e como essas quantidades interagem entre si e afetam a matéria. Ela desempenha um papel vital na compreensão de vários processos e reações químicas. A termodinâmica fornece os princípios e a estrutura necessários para entender como ocorre a troca de energia tanto em fenômenos naturais quanto em sistemas projetados.

Conceitos básicos

A base da termodinâmica reside em vários conceitos fundamentais: sistema, ambiente e fronteiras. Um sistema é a parte do universo em que estamos interessados, enquanto o ambiente abrange todo o resto. A fronteira separa o sistema de seu ambiente e pode ser real ou imaginária. Sistemas termodinâmicos podem ser abertos, fechados ou isolados, dependendo de suas interações com o ambiente.

Tipos de sistemas

  • Sistema aberto: troca tanto energia quanto matéria com seu ambiente.
  • Sistema fechado: troca apenas energia, não matéria, com seu ambiente.
  • Sistema isolado: não troca energia nem matéria com seu ambiente.

Funções e variáveis de estado

Funções de estado são propriedades que dependem apenas do estado atual do sistema, não de como esse estado foi alcançado. Funções de estado comuns incluem energia interna (U), entalpia (H), entropia (S) e energia livre (G). Em contraste, funções de trajetória, como trabalho e calor, dependem do caminho tomado para ir de um estado a outro.

O estado de um sistema termodinâmico pode ser descrito usando variáveis de estado, como pressão (P), volume (V), temperatura (T) e concentração. Essas variáveis são essenciais para entender o comportamento do sistema e são inter-relacionadas por meio de equações de estado.

Leis da termodinâmica

A termodinâmica é regida por quatro leis fundamentais, conhecidas como a lei zero, a primeira, a segunda e a terceira leis da termodinâmica. Cada lei introduz princípios fundamentais sobre energia e entropia.

Lei zero da termodinâmica

A lei zero estabelece o conceito de temperatura e equilíbrio térmico. Ela afirma que, se dois sistemas estão em equilíbrio térmico com um terceiro sistema, então eles estão em equilíbrio térmico entre si. Matematicamente, se A está em equilíbrio com B, e B está em equilíbrio com C, então A está em equilíbrio com C

Primeira lei da termodinâmica

A primeira lei da termodinâmica, muitas vezes chamada de lei da conservação de energia, afirma que a energia não pode ser criada ou destruída; ela só pode mudar de forma. A mudança na energia interna de um sistema (ΔU) é igual ao valor obtido subtraindo o trabalho realizado pelo sistema (w) do calor (q) adicionado ao sistema.

ΔU = q - w

Por exemplo, quando um gás em um pistão é aquecido, ele se expande, realizando trabalho no pistão e ganhando energia interna do calor adicionado.

Segunda lei da termodinâmica

A segunda lei introduz o conceito de entropia, que é uma medida de desordem ou aleatoriedade em um sistema. Ela afirma que, em qualquer processo termodinâmico, a entropia total de um sistema e seu entorno sempre aumenta em processos irreversíveis. Em processos reversíveis, a mudança de entropia permanece constante.

Matematicamente, é expressa como:

ΔS_universo = ΔS_sistema + ΔS_entorno ≥ 0

Esta teoria explica por que alguns processos são espontâneos. Por exemplo, uma xícara de chá quente deixada em uma sala fria perde calor até alcançar o equilíbrio térmico com a sala. Neste processo espontâneo, a entropia do universo aumenta.

Terceira lei da termodinâmica

A terceira lei afirma que a entropia de um cristal ideal ao zero absoluto (0 K) é exatamente zero. Isso fornece um ponto de referência para calcular a entropia. À medida que a temperatura se aproxima do zero absoluto, a entropia do sistema se torna mínima.

Visualização de processos termodinâmicos

Os processos termodinâmicos frequentemente envolvem mudanças em variáveis de estado, como pressão, volume e temperatura. Podemos representar esses processos graficamente usando vários tipos de diagramas, como diagramas de pressão-volume (PV), temperatura-entropia (TS) e entalpia-entropia (HS).

Diagrama de pressão-volume (diagrama PV)

O diagrama PV mostra a relação entre a pressão e o volume de um sistema. Nesses diagramas, podem ser observados diferentes caminhos termodinâmicos, como processos isotérmicos (temperatura constante), isobáricos (pressão constante), isocóricos (volume constante) e adiabáticos (sem troca de calor).

Volume Pressão Adiabático

Exemplo: Compreendendo a expansão isotérmica

Processos isotérmicos ocorrem a temperatura constante. Imagine que temos um gás ideal contido em um pistão que está em contato térmico com um reservatório de calor. À medida que o gás se expande isotermicamente, ele realiza trabalho no pistão enquanto absorve uma quantidade igual de calor do reservatório para manter a temperatura constante.

De acordo com a lei dos gases ideais:

PV = nRT

Aqui, P é a pressão, V é o volume, n é o número de mols, R é a constante do gás, e T é a temperatura. Como a temperatura permanece constante, a equação pode ser rearranjada para mostrar que pressão e volume são inversamente proporcionais durante um processo isotérmico:

P ∝ 1/V

Mudança de entropia em sistemas

Mudanças de entropia podem fornecer informações sobre a espontaneidade e viabilidade de reações químicas. Por exemplo, quando o gelo derrete a 0 °C para formar água, a entropia do sistema aumenta porque a estrutura da água líquida é mais desordenada do que a do gelo sólido.

Conclusão

A termodinâmica é um campo importante na química física, fornecendo a teoria necessária para entender as transformações de energia e a direção dos processos. Ao dominar as leis da termodinâmica e suas implicações, os químicos podem prever como os sistemas se comportam sob diferentes condições e projetar experimentos ou processos industriais que utilizem a energia química de forma eficiente.

Essa descoberta da termodinâmica abre caminho para estudos adicionais em mecânica estatística, química quântica e teoria cinética, onde se obtém percepções mais profundas sobre interações moleculares e distribuições de energia. À medida que você se aprofunda nesse assunto, descobrirá cenários mais complexos e uma compreensão sutil dos comportamentos microscópicos e macroscópicos da matéria.


Doutorado → 3.1


U
username
0%
concluído em Doutorado

← Anterior (3)
Química Física
Próximo (3.1.1) →
Leis da Termodinâmica

Comentários 



Termodinâmica

https://www.chemistryelite.com/phd/3.1?ceal=pt