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
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Fotocatálise


A fotocatálise é uma área empolgante da química onde a energia luminosa é utilizada para impulsionar reações químicas. Este processo apresenta uma promessa significativa para aplicações energéticas e ambientais. Ele gira em torno do uso de luz para excitar um catalisador, causando transformações que podem ser desafiadoras de alcançar em condições normais. Vamos nos aprofundar neste fascinante mundo da fotocatálise.

Fundamentos da fotocatálise

A fotocatálise envolve uma substância chamada fotocatalisador, que auxilia em reações químicas quando absorve luz. Ao contrário de uma reação química normal onde os reagentes são consumidos diretamente, o fotocatalisador permanece inalterado após a reação. Esta propriedade oferece uma abordagem sustentável para facilitar reações, reduzindo o consumo de energia e resíduos.

Como a fotocatálise funciona?

Este processo começa com a absorção de fótons pelo fotocatalisador. Quando a luz atinge a superfície do fotocatalisador, elétrons no material são excitados da banda de valência para a banda de condução, criando pares elétron-buraco. Esses pares podem então participar de reações redox, levando a transformações químicas que de outra forma seriam impossíveis.

O papel do fotocatalisador

Um fotocatalisador é crucial para este processo. Materiais como o dióxido de titânio (TiO2), óxido de zinco (ZnO) e sulfeto de cádmio (CdS) são comumente usados por suas propriedades eficientes de absorção de luz e reatividade. Esses materiais têm estruturas específicas que facilitam o movimento eletrônico, importante para a criação de pares elétron-buraco.

Excitação de elétrons no dióxido de titânio

No TiO2, a excitação de elétrons pode ser ilustrada da seguinte forma:

    Banda de Valência : banda de valência ⟶ excitação ⟶ Banda de Condução : banda de condução
TiO2 Fóton

Aplicações na energia

A fotocatálise é a pedra angular para uma variedade de aplicações relacionadas à energia. Sua capacidade de converter energia solar em energia química é de grande interesse para tecnologias energéticas sustentáveis.

Divisão de água solar

A fotocatálise desempenha um papel chave na divisão de água solar, uma maneira inovadora de gerar hidrogênio a partir da água usando luz solar. Neste processo, pares elétron-buraco induzidos pela luz no fotocatalisador impulsionam a eletrólise da água:

2H2O ⟶ 2H2 + O2

Este processo tem enorme potencial, fornecendo um meio limpo e renovável para produzir hidrogênio, um valioso transportador de energia.

água H2O Fotocatálise H2 O2

Células de combustível fotocatalíticas

As células de combustível fotocatalíticas combinam células de combustível convencionais com fotocatálise, aumentando a produção de eletricidade. A luz fornece energia para materiais fotocatalíticos, que decompõem combustíveis orgânicos enquanto também produzem eletricidade.

Tais sistemas são essenciais para o desenvolvimento de dispositivos de energia portáteis e de alta eficiência.

Aplicações na química ambiental

Os fotocatalisadores tiveram um impacto profundo na química ambiental para controle de poluição e processos de purificação.

Purificação de água e ar

Os fotocatalisadores são amplamente utilizados para decompor poluentes nocivos na água e no ar. Sistemas baseados em dióxido de titânio (TiO2) são particularmente populares, capazes de quebrar uma variedade de componentes orgânicos e inorgânicos quando expostos à luz.

Decomposição de poluentes

A equação geral representando a desintegração fotocatalítica é:

    Poluente + TiO2 / luz ⟶ CO2 + H2O + subproduto inofensivo

Destruição de microrganismos

Além de quebrar poluentes químicos, a fotocatálise também é eficaz contra microrganismos como bactérias e vírus, proporcionando uma tecnologia de purificação de dupla ação.

Desafios e perspectivas futuras

Apesar de seu potencial, a fotocatálise enfrenta vários desafios. A eficiência da absorção de luz, recombinação rápida de pares elétron-buraco e o custo dos materiais são algumas das áreas que requerem progresso.

A pesquisa contínua visa desenvolver fotocatalisadores melhores com eficiência e custo-benefício aprimorados. Materiais nanoestruturados e sistemas híbridos que oferecem melhor absorção de luz e atividade são direções promissoras.

Conclusão

A fotocatálise é um campo de destaque na química, apresentando um enorme potencial para atender às necessidades globais de energia e desafios ambientais. Sua capacidade de impulsionar transformações químicas com luz abre novos caminhos para práticas sustentáveis e de química verde.


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