Graduação
  1. Química Geral  1.1. Introdução à Química  1.2. Estrutura Atômica  1.2.1. Partículas subatômicas  1.2.2. Modelo Atômico  1.2.3. Números quânticos  1.2.4. Configuração Eletrônica  1.2.5. Tendências periódicas  1.2.6. Isótopos e suas aplicações  1.3. Ligação Química  1.3.1. Ligação iônica  1.3.2. Ligações covalentes  1.3.3. Ligação Metálica  1.3.4. Hibridização  1.3.5. Geometria molecular e teoria VSEPR  1.3.6. Polaridade de ligação e momento dipolar  1.4. Estequiometria  1.4.1. Conceito de mol  1.4.2. Fórmula empírica e molecular  1.4.3. Reagente limitante e reagente em excesso  1.4.4. Rendimento Percentual e Pureza  1.4.5. Cálculo de diluição  1.5. Estados da Matéria  1.5.1. Leis dos Gases  1.5.2. Matéria e Forças Intermoleculares  1.5.3. Estruturas Sólidas e Cristalinas  1.5.4. Diagrama de fases  1.5.5. Plasma e fluido supercrítico  1.6. Reações químicas  1.6.1. Tipos de Reações Químicas  1.6.2. Balanceamento de Equações Químicas  1.6.3. Reações termoquímicas  1.6.4. Perfis de energia de reação  1.7. Soluções e Misturas  1.7.1. Unidades de concentração  1.7.2. Propriedades do síndrome  1.7.3. Solubilidade e Regras de Solubilidade  1.7.4. Lei de Henry e Lei de Raoult  1.7.5. Coeficiente de partição  1.8. Equilíbrio químico  1.8.1. Lei da ação das massas  1.8.2. Princípio de Le Chatelier  1.8.3. Quociente de reação  1.8.4. Para usar esta calculadora online para Constante de Equilíbrio, insira a Constante de Equilíbrio (Eq.) e pressione o botão calcular. Aqui está como o cálculo da Constante de Equilíbrio pode ser explicado com os valores de entrada fornecidos -> 0.05 = 0.05/0.  1.8.5. Balanço ácido-base  1.9. Ácidos e bases  1.9.1. Definições de Arrhenius, Brønsted–Lowry e Lewis  1.9.2. pH e pOH  1.9.3. Titulação ácido-base  1.9.4. Solução Tampão  1.9.5. Indicador ácido-base  1.9.6. Ácidos e Bases Polipróticos  1.10. Eletroquímica  1.10.1. reações redox  1.10.2. Células Galvânicas e Eletrolíticas  1.10.3. Equação de Nernst  1.10.4. Eletrolise  1.10.5. Leis de Faraday da eletrólise  1.11. Termodinâmica  1.11.1. Leis da Termodinâmica  1.11.2. Entalpia, entropia e energia livre de Gibbs  1.11.3. Espontaneidade das reações  1.11.4. Ciclos termodinâmicos (Lei de Hess, Ciclo de Carnot)  1.12. Cinética  1.12.1. Lei de velocidade e ordem de reação  1.12.2. Energia de Ativação e Catalisador  1.12.3. Teoria das colisões  1.12.4. Mecanismo de reação  1.12.5. Teoria do estado de transição
  2. Química orgânica  2.1. Estrutura e relações  2.1.1. Hybridisation in Carbon Compounds  2.1.2. Ressonância e aromatização  2.1.3. Molecular orbitals  2.1.4. Efeitos indutivo e mesomérico  2.2. Hidrocarbonetos  2.2.1. Hidrocarbonetos  2.2.2. Alquenos  2.2.3. Alquinos  2.2.4. Compostos aromáticos  2.2.5. Cicloalcanos e Conformação  2.3. Grupo Funcional  2.3.1. Álcoois e fenóis  2.3.2. Éteres e epóxidos  2.3.3. Aldeído e cetona  2.3.4. Ácidos carboxílicos e derivados  2.3.5. Amina  2.3.6. Ésteres e amidas  2.3.7. Tióis e Sulfetos  2.4. Estereoscópico  2.4.1. Isomerismo em Estereoquímica  2.4.2. Quiralidade e atividade óptica  2.4.3. Análise Estrutural  2.4.4. Diastereômeros e Enantiômeros  2.5.1. Reações de substituição  2.5.2. Reações de eliminação  2.5.3. Reações de Adição  2.5.4. Reações Radicais  2.5.5. Reações de rearranjo  2.5.6. Reações Pericíclicas  2.6. Espectroscopia e análise estrutural  2.6.1. Espectroscopia Infravermelha  2.6.2. Espectroscopia de ressonância magnética nuclear  2.6.3. Espectrometria de Massas  2.6.4. Espectroscopia UV-visível  2.6.5. Cristalografia de raios X  2.7. Química de polímeros  2.7.1. Polímeros de Adição e Condensação  2.7.2. Mecanismo de polimerização  2.7.3. Polímero Biodegradável  2.7.4. Polímeros condutores e inteligentes
  3. Química inorgânica  3.1. Química de Coordenação  3.1.1. Ligantes e compostos de coordenação  3.1.2. Teoria do campo cristalino  3.1.3. Teoria do Orbital Molecular em Compostos de Coordenação  3.1.4. Distorsão de Jahn–Teller  3.2. Química do Grupo Principal  3.2.1. Metais alcalinos e alcalino-terrosos  3.2.2. Halogênios e Gases Nobres  3.2.3. Metais de transição e seus complexos  3.2.4. Lantanídeos e Actinídeos  3.3. Química do estado sólido  3.3.1. Redes cristalinas e células unitárias  3.3.2. Defeitos em sólidos  3.3.3. Propriedades elétricas e magnéticas  3.3.4. Supercondutividade  3.4. Química bioinorgânica  3.4.1. Íons metálicos na biologia  3.4.2. Reações enzimáticas com metais  3.4.3. Intoxicação por metais e desintoxicação  3.4.4. Metaloproteínas e Metaloenzimas
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  5. Química Analítica  5.1. Métodos clássicos  5.1.1. Análise Gravimétrica  5.1.2. titritrimetria  5.2. Métodos instrumentais  5.2.1. Cromatografia  5.2.2. Espectroscopia  5.2.3. Métodos Eletroanalíticos  5.2.4. Difração de raios X
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Química do estado sólido


A química do estado sólido é um ramo fascinante da química que se concentra no estudo dos sólidos, particularmente na síntese, estrutura e propriedades das substâncias no estado sólido. Isso inclui metais, minerais, cerâmicas, semicondutores e outros materiais. Entender essas substâncias envolve considerar não apenas sua estrutura atômica, mas também sua estrutura cristalina e propriedades físicas.

Introdução aos sólidos

Para entender a química do estado sólido, começamos com a matéria no estado sólido. Os sólidos diferem dos gases e líquidos porque possuem uma forma e volume definidos. Isso ocorre porque os átomos ou moléculas em um sólido estão compactamente agrupados em uma disposição definida.

Exemplos de tipos concretos:
  • Metais como ferro (Fe) e cobre (Cu).
  • Não metais como enxofre (S) e diamante.
  • Cristais iônicos como cloreto de sódio (NaCl).
  • Cristais covalentes como dióxido de silício (SiO 2).

Ao contrário de gases e líquidos, onde as partículas se movem livremente, as partículas em sólidos estão fixas e vibram em posições fixas. Isso se deve às fortes forças intermoleculares que as mantêm no lugar. Os sólidos podem ser ainda classificados em tipos cristalinos e amorfos.

Sólidos cristalinos e amorfos

Sólidos cristalinos têm uma estrutura altamente ordenada, com átomos ou moléculas dispostos em um padrão repetitivo. Esta disposição regular resulta na formação de uma rede cristalina. Em contraste, sólidos amorfos não possuem tal ordem de longo alcance. Vidro e plástico são exemplos típicos de sólidos amorfos.

Rede cristalina e célula unitária

Uma rede cristalina é uma grade tridimensional em que os pontos representam as posições dos átomos. Dentro de cada rede cristalina, identificamos uma unidade básica repetitiva conhecida como célula unitária. A célula unitária serve como o bloco de construção do cristal; repetindo essa célula no espaço, a estrutura cristalina é completamente definida.

As características da célula unitária variam em tamanho e forma, dependendo do conteúdo químico do sólido. Existem sete sistemas cristalinos com base nos eixos e nos ângulos entre eles: cúbico, tetragonal, ortorrômbico, monoclínico, triclínico, hexagonal e romboédrico.

Sete sistemas cristalinos

Esses sete sistemas cristalinos descrevem todas as simetrias possíveis das estruturas cristalinas. Eles incluem:

  • Cubo: Todos os lados iguais, todos os ângulos 90°.
  • Quadrilateral: Dois lados iguais, todos os ângulos 90°.
  • Ortorrômbico: todos os lados diferentes, todos os ângulos 90°.
  • Monoclínico: todos os lados diferentes, dois ângulos 90°, um não é 90°.
  • Triclínico: Todos os lados e ângulos diferentes.
  • Hexagonal: Dois lados iguais, ângulo base 90°, outros ângulos 120°.
  • Rombo: Todos os lados iguais, nenhum ângulo é 90°.

Tipos de cristais

Dependendo da natureza das forças de ligação, os cristais são classificados em quatro tipos: cristais iônicos, covalentes (rede), moleculares e metálicos.

Cristais iônicos

Cristais iônicos se formam quando um grande número de ânions e cátion se reúne. A atração eletrostática entre os íons de carga oposta fornece ao sólido uma resistência significativa. O cloreto de sódio (NaCl) é um exemplo comum.

Exemplo: 
Na+ + Cl- → NaCl

Cristais covalentes (rede)

Em cristais covalentes ou de rede, os átomos são mantidos juntos por ligações covalentes em uma rede contínua. Um exemplo disso é o diamante, onde cada átomo de carbono forma quatro fortes ligações covalentes com átomos de carbono vizinhos.

Exemplo: 
C (diamante) – quatro ligações covalentes com C

Cristais moleculares

Cristais moleculares consistem em moléculas mantidas juntas por forças fracas, como forças de van der Waals ou ligações de hidrogênio. O gelo é um exemplo familiar, no qual as moléculas de água são mantidas juntas em um retículo por ligações de hidrogênio.

Exemplo: 
H2O – ligações de hidrogênio

Cristais de metal

Cristais de metal contêm átomos de metal compactamente dispostos em um padrão regular. Eles são mantidos juntos por um grupo de elétrons móveis que permitem aos metais conduzir eletricidade. Exemplos incluem cobre (Cu) e ferro (Fe).

Exemplo: 
Cu, Fe – ligação metálica

Defeitos em sólidos

Apesar da disposição ordenada em sólidos cristalinos, imperfeições ou defeitos podem estar presentes. Esses defeitos podem afetar significativamente as propriedades dos materiais. Os defeitos são principalmente classificados como defeitos pontuais, defeitos lineares e defeitos de planar.

Defeitos pontuais

Defeitos pontuais são disrupções localizadas na estrutura cristalina. Estes são ainda classificados nas seguintes categorias:

  • Defeito de vacância: Um átomo ou íon está ausente de seu local normal na rede.
  • Defeito intersticial: Um átomo ou íon extra está presente na estrutura da rede.
  • Defeito de substituição: Um átomo ou íon é substituído por um tipo diferente de átomo.

Defeitos Lineares

Defeitos lineares também são conhecidos como deslocações e ocorrem quando uma linha inteira de átomos se torna distorcida. Eles são responsáveis por uma ampla gama de propriedades mecânicas nos materiais, incluindo ductilidade e resistência.

Defeitos Planar

Defeitos planar ou limites de grãos ocorrem onde dois cristais com orientações diferentes se encontram. Esses limites podem alterar as propriedades elétricas e mecânicas do material.

Propriedades dos sólidos

As propriedades físicas dos sólidos são determinadas pelo tipo de ligação e pelo arranjo dos átomos. Essas propriedades incluem condutividade elétrica, condutividade térmica, dureza e propriedades ópticas.

Condutividade elétrica

Nos metais, o movimento livre dos elétrons sob um campo elétrico faz com que eles conduzam eletricidade. Os semicondutores como o silício possuem condutividade entre metais e isolantes. Eles podem conduzir eletricidade sob certas condições.

Condutividade térmica

Os metais geralmente são bons condutores térmicos porque o calor é conduzido pelo movimento dos elétrons. No entanto, em não metais, o calor geralmente é conduzido por vibrações das redes, também chamadas de fônons.

Dureza

Dureza é uma medida da resistência de uma substância sólida à deformação. A escala de Mohs é comumente usada para medir a dureza mineral, sendo o diamante a substância natural mais dura.

Propriedades ópticas

A interação dos sólidos com a luz determina suas propriedades ópticas, como cor e transparência. Por exemplo, a band gap nos semicondutores afeta sua capacidade de absorver determinados comprimentos de onda de luz, produzindo cor.

Síntese de sólidos

A química do estado sólido também inclui métodos para sintetizar novos materiais com propriedades desejadas. Estes incluem:

Reações de estado sólido

Nestas reações, reagentes sólidos são convertidos em produtos sólidos, muitas vezes envolvendo aquecimento e mistura para facilitar a difusão. As reações geralmente são lentas devido à imobilidade dos átomos.

Processo sol-gel

O processo sol-gel é uma técnica química em que um 'sol' (solução coloidal estável) é convertido em um 'gel' (substância mais sólida). Este processo é amplamente utilizado na fabricação de vidro e cerâmicas.

Cristalização

A cristalização é o processo pelo qual uma substância sólida se forma, onde átomos ou moléculas estão altamente organizados em uma estrutura chamada cristal. Isso pode ocorrer a partir da deposição de uma solução, uma substância fundida, ou, mais raramente, diretamente de um gás.

Exemplo de cristalização: 
NaCl (aq) → NaCl (s)

A química do estado sólido forma a base para entender e desenvolver materiais avançados, que são vitais para a tecnologia e a indústria. Desde o aumento da eficiência dos semicondutores até o desenvolvimento de materiais mais resistentes, este campo desempenha um papel fundamental no avanço tecnológico.


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