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
  6. Química Industrial  6.1. Petroquímica  6.2. Princípios de engenharia química  6.3. Química Verde  6.4. Produtos Farmacêuticos e Síntese de Medicamentos
  7. Bioquímica  7.1. Carbohydrates  7.2. Proteínas e enzimas  7.3. Lipídios e membranas  7.4. Ácidos nucleicos  7.5. Metabolismo e Bioenergética  7.6. Cinética enzimática e mecanismo

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Espectroscopia atômica e molecular


Introdução

A espectroscopia atômica e molecular são ferramentas fundamentais nos campos da química quântica e da química física. Estas técnicas espectroscópicas fornecem informações sobre a estrutura de átomos e moléculas ao examinar como eles interagem com a radiação eletromagnética. O estudo dessas interações nos ajuda a compreender os níveis de energia dentro de átomos e moléculas, revelando, em última análise, muito sobre sua configuração eletrônica e propriedades.

Princípios básicos

Radiação eletromagnética

A espectroscopia envolve o estudo de como a radiação eletromagnética, incluindo a luz, interage com a matéria. A luz pode ser considerada tanto uma onda quanto uma partícula (fóton), onde suas propriedades são representadas por seu comprimento de onda (λ) ou frequência (ν). A energia de um fóton pode ser calculada usando a equação de Planck:

e = hν = frac{hc}{λ}

Onde:

  • E é a energia do fóton
  • h é a constante de Planck (6.626 x 10^-34 Js)
  • ν é a frequência da radiação eletromagnética
  • c é a velocidade da luz (3.00 x 10^8 m/s)
  • λ é o comprimento de onda da radiação eletromagnética

Espectros atômicos

Os átomos emitem e absorvem luz em comprimentos de onda específicos, produzindo um espectro atômico. Essas emissões ou absorções são causadas por transições de elétrons entre diferentes níveis de energia ou orbitais dentro de um átomo. Cada elemento tem um espectro atômico único, muitas vezes chamado de sua impressão digital. Este padrão exclusivo de linhas nos permite identificar a presença de elementos em diferentes substâncias.

Exemplo: átomo de hidrogênio

O átomo de hidrogênio é o átomo mais simples e possui um espectro característico, conhecido como série de Balmer, que pode ser observado na região visível. O comprimento de onda pode ser calculado usando a fórmula de Rydberg:

frac{1}{λ} = R_H (frac{1}{n_1^2} - frac{1}{n_2^2})

Onde:

  • λ é o comprimento de onda da luz emitida
  • R_H é a constante de Rydberg (1.097 x 10^7 m^-1)
  • n_1 e n_2 são inteiros que representam os níveis de energia inicial e final do elétron
n=3 n=4 n=5

A figura acima mostra as linhas de transição correspondentes aos elétrons caindo para o nível n=2 no átomo de hidrogênio.

Espectros moleculares

Diferentemente dos espectros atômicos, os espectros moleculares surgem de transições entre diferentes níveis de energia vibracional e rotacional na molécula. A espectroscopia molecular é dividida em diferentes tipos dependendo da parte do espectro eletromagnético que está sendo examinada, como espectroscopia de infravermelho (IR) e espectroscopia ultravioleta-visível (UV-Vis).

Formas de espectroscopia

Espectroscopia de infravermelho (IR)

A espectroscopia IR é uma técnica que lida com a região infravermelha do espectro eletromagnético, que é luz com comprimento de onda mais longo e menor energia que a luz visível. Ela é principalmente usada para investigar transições vibracionais e rotacionais em moléculas.

Quando as moléculas absorvem luz infravermelha, a energia causa mudanças em seus estados vibracionais. Diferentes ligações e grupos funcionais absorvem frequências específicas de radiação IR. Ao medir essas frequências, os químicos podem extrair informações sobre a estrutura molecular.

Exemplo: espectro IR da água

Absorção Número de onda (cm^-1)

O diagrama acima mostra uma representação simplificada do espectro IR para uma molécula de água. Os picos correspondem às vibrações de estiramento e flexão das ligações O-H.

Espectroscopia ultravioleta-visível (UV-Vis)

A espectroscopia UV-Vis envolve a absorção de luz ultravioleta ou visível por moléculas que resultam em transições eletrônicas. Este tipo de espectroscopia é particularmente útil para estudar sistemas conjugados e pode indicar quanto de luz uma substância absorve em diferentes comprimentos de onda.

A espectroscopia UV–Vis pode fornecer informações sobre a estrutura eletrônica das moléculas, já que a absorção de luz nessa faixa muitas vezes leva a transições de elétrons em orbitais moleculares, como do HOMO (orbital molecular mais fortemente ocupado) para o LUMO (orbital molecular menos ocupado).

Exemplo: espectro UV-Vis do benzeno

Absorção Comprimento de onda (nm)

A figura mostra um espectro UV-Vis típico para o benzeno, com os picos correspondendo a transições eletrônicas entre diferentes orbitais moleculares.

Espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN)

A espectroscopia RMN é uma técnica poderosa usada para determinar o ambiente local de núcleos de hidrogênio dentro de moléculas. Ela usa as propriedades magnéticas dos núcleos atômicos para fornecer informações detalhadas sobre a estrutura molecular, dinâmica, estados de reação e ambientes químicos.

Em um experimento de RMN, a amostra é colocada em um campo magnético forte, e quando exposta à radiação de radiofrequência, os núcleos ressoam em uma frequência específica ao seu ambiente químico.

Exemplo: espectro RMN do etanol

O espectro RMN para o etanol inclui sinais de hidrogênio em diferentes ambientes químicos:

  • um singlet para o próton –OH
  • um tríade para o grupo -CH3
  • Um quarteto para o grupo -CH2- adjacente ao grupo -OH
Deslocamento Químico (ppm)

Aplicações da espectroscopia

A espectroscopia tem muitas aplicações em várias áreas devido à sua capacidade de fornecer informações qualitativas e quantitativas sobre a estrutura e composição da matéria. Estas incluem:

  • Química Analítica: Identificação de substâncias desconhecidas, determinação de concentrações.
  • Ciência ambiental: Monitoramento de níveis de poluição.
  • Farmacêutica: Análise de composição de medicamentos e garantia de controle de qualidade.
  • Ciência dos Materiais: Propriedades de materiais e nanomateriais.
  • Astrofísica: Determinação da estrutura de estrelas e galáxias.

Conclusão

A espectroscopia atômica e molecular são técnicas indispensáveis no campo da química para entender como átomos e moléculas interagem com a luz. Ao estudar essas interações, os químicos podem obter informações importantes sobre a composição, estrutura e dinâmica de várias substâncias. Com avanços na tecnologia e uma compreensão mais profunda da mecânica quântica, o campo da espectroscopia continua a crescer, fornecendo dados cada vez mais detalhados e precisos que abrem caminho para novas descobertas e aplicações na ciência e tecnologia.


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