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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Química de materiais


A química de materiais é um campo interdisciplinar que integra os princípios da química, física e engenharia. É dedicada a entender, projetar e desenvolver materiais com propriedades inovadoras. Estes materiais podem ser invasivos na tecnologia, importantes na medicina, ou simplesmente para uso diário. O assunto é vasto, abrangendo muitos domínios, incluindo polímeros, cerâmicas, metais, compósitos e nanomateriais.

Fundamentos da química de materiais

Basicamente, a química de materiais baseia-se na compreensão da estrutura e propriedades de diferentes substâncias. Isso inclui as ligações entre átomos, a disposição desses átomos dentro de uma substância e a importância das forças entre eles. Quando essas disposições atômicas são manipuladas, o resultado é uma mudança nas propriedades da substância.

Por exemplo, a diferença entre diamante e grafite, que são feitos de carbono, está em sua estrutura. No diamante, cada átomo de carbono forma quatro ligações covalentes em um padrão tetraédrico tridimensional:

            C /| / |  C--C--C /  | CC
            C /| / |  C--C--C /  | CC

Em contraste, o grafite consiste em camadas de átomos de carbono dispostos em redes hexagonais bidimensionais:

            C---C---C  /  / CC /  /  C---C---C
            C---C---C  /  / CC /  /  C---C---C

Essas diferentes estruturas dão ao grafite sua lubrificidade e propriedades de condução elétrica e ao diamante sua dureza e propriedades isolantes.

Tipos de materiais

Os materiais podem ser amplamente classificados em diferentes categorias: metais, cerâmicas, polímeros e compósitos. Cada tipo de material tem suas próprias características e aplicações distintas.

Metais

Os metais são caracterizados por sua capacidade de conduzir eletricidade e calor, sua maleabilidade e, muitas vezes, sua ductilidade. As ligações metálicas e estruturas compactas são responsáveis por essas propriedades. Um exemplo disso é o mar de elétrons em ligações metálicas que permite excelente condutividade:

            + - + - + - | | | + - + - + - | | | + - + - + -
            + - + - + - | | | + - + - + - | | | + - + - + -

Metais como ferro, alumínio e cobre são importantes na construção civil, fiação elétrica e muitas ligas.

Potes de barro

As cerâmicas são materiais tipicamente frágeis e não condutores, compostas de elementos metálicos e não metálicos. Sua resistência e resistência ao calor são devidas a ligações iônicas e covalentes:

            M+ - N-  / O--MO^   N+ - M- / /  --MO--
            M+ - N-  / O--MO^   N+ - M- / /  --MO--

As cerâmicas são usadas em cerâmica, espaçonaves e implantes médicos.

Polímero

Os polímeros têm longas cadeias moleculares e podem ser naturais, como a borracha, ou sintéticos, como o plástico usado em garrafas. As propriedades dos polímeros são altamente personalizadas ao modificar os monômeros e o processo de polimerização. Aqui está um exemplo de uma cadeia polimérica:

            HHHH | | | | -C—C—C—C— (repeating unit)- | | | | HHHH
            HHHH | | | | -C—C—C—C— (repeating unit)- | | | | HHHH

Compósitos

Os compósitos são materiais feitos de dois ou mais materiais componentes que têm diferentes propriedades. Eles trabalham sinergicamente para proporcionar resistência mecânica aprimorada, durabilidade e propriedades estéticas. Exemplos incluem fibra de vidro e compósitos de nanotubos de carbono.

Nanomateriais

Os nanomateriais tornaram-se um campo importante dentro da química de materiais devido às suas propriedades únicas em uma escala inferior a 100 nanômetros. Esses materiais exibem altas relações área superficial-volume, o que afeta as propriedades catalíticas, eletrônicas e mecânicas.

Por exemplo, nanopartículas de ouro, apesar de serem conhecidas como um metal inerte, exibem atividade catalítica na nanoforma e exibem cores devido à ressonância de plasmon:

            Nano gold particle Color: Red or Purple Catalytic property: Active
            Nano gold particle Color: Red or Purple Catalytic property: Active

As aplicações de nanomateriais incluem sistemas de liberação de fármacos, eletrônica e remediação ambiental.

Aplicações da química de materiais

A química de materiais faz contribuições significativas para diversos campos, como energia, saúde e eletrônica, e é essencial para o avanço da tecnologia.

Energia

No campo da energia, a química de materiais visa melhorar a eficiência dos dispositivos de armazenamento e conversão de energia, como baterias, células de combustível e fotovoltaicas. As baterias de íon de lítio usam materiais intercalantes para transferência eficiente de energia:

            LiCoO2 + C6Lix ⟶ CoO2 + C6Lix
            LiCoO2 + C6Lix ⟶ CoO2 + C6Lix

Inovações em eletrólitos e materiais de eletrodos têm avançado ainda mais os limites do armazenamento de energia.

Cuidados de saúde

Na saúde, a química de materiais é crítica no desenvolvimento de implantes biocompatíveis e sistemas de liberação de fármacos. Polímeros e compósitos são projetados para interagir seguramente com o tecido humano, liberando medicamentos a uma taxa controlada. Considerações sobre propriedades dos materiais garantem segurança e eficácia.

Eletrônica

Avanços na química de materiais revolucionaram a indústria eletrônica. Semicondutores, diodos emissores de luz (LEDs) e materiais condutores transparentes são apenas alguns dos resultados da inovação em materiais. Exemplos empolgantes incluem o desenvolvimento de OLEDs (diodos orgânicos emissores de luz) que prometem soluções de iluminação mais eficientes:

            Light Emission: Organic Layer + Electrical Charge ⟶ Photon
            Light Emission: Organic Layer + Electrical Charge ⟶ Photon

O futuro da química de materiais

Ao olharmos para o futuro, a química de materiais continuará desempenhando um papel central na resolução de desafios sociais, como energia sustentável, água limpa e saúde ambiental.

Em particular, o desenvolvimento de materiais inteligentes e sistemas adaptativos pode levar a avanços sem precedentes em tecnologia e no ambiente em que vivemos. Materiais inteligentes que respondem a estímulos ambientais prometem aplicações que vão desde estruturas autorreparáveis a roupas adaptativas:

            Responsive behavior: Environmental Stimulus ⟶ Change in Material Property
            Responsive behavior: Environmental Stimulus ⟶ Change in Material Property

Por fim, a pesquisa interdisciplinar e a colaboração irão mover o campo para a frente, criando oportunidades para inovação e melhoria da qualidade de vida humana.

Compreender os princípios e aplicações da química de materiais não só nos capacita a inovar, mas também nos dá as ferramentas para enfrentar desafios globais. O estudo desta ciência é dinâmico e requer exploração constante, e seus benefícios vão além de qualquer disciplina única, tocando todos os aspectos de nossas vidas diárias.


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