Estudo Dirigido 3 Lidiane Moraes

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UFRJ Escola de Química DPI - EQ
Lista de Estudo Dirigido
Professora Ana Maria Rocco Nome: Lidiane Moraes da Silva
Questão 1: Defina os seguintes termos:
(a) nanocristal: Partícula sólida em forma de cristal no intervalo de escala
nanométrica.
(b) cluster: É uma coleção de unidades (átomos ou moléculas reativas) de
até 50 unidades.
(c) partícula coloidal: Partículas numa fase líquida estável entre 1 e 1000
nm.
(d) quantum dot: Partícula que apresenta efeito de quantização de tamanho
em ao menos uma dimensão
Fonte: KJ Klabunde, Nanoscale Materials in Chemistry, Wiley, 2001, NY
Questão 2: Situe a química, a nanotecnologia e a engenharia em escalas de
tamanho e número de componentes do sistema comentando as fronteiras
difusas que definem a nanotecnologia.
Química é o estudo de átomos e moléculas, de dimensões inferiores a um
nanômetro. Na nanoescala, que é compreendida entre 1-100 nm, nem a
química quântica nem as leis clássicas da física se aplicam. Em materiais com
fortes ligações químicas, deslocalização dos elétrons de valência pode ser
extensa e a extensão dessa deslocalização varia com o tamanho do sistema. Ao
consolidar as partículas em sólidos de macroescala, novas propriedades são
observadas.
(KJ Klabunde, Nanoscale Materials in Chemistry, Wiley, 2001, NY)
Questão 3: É uma prospecção conhecida que “A nanociência e a
nanotecnologia afetarão a natureza de quase todos os objetos manufaturados
pelos seres humanos no século XXI”.
Pesquisa como estão sendo e ainda poderão ser afetados:
(a) Os fármacos: Pode ser possível criar biomoléculas que carregam “a
farmácia numa célula”, que podem liberar nanopartículas capazes de
combater o câncer ou químicos em resposta a um sinal de uma célula
afetada. (KJ Klabunde, Nanoscale Materials in Chemistry, Wiley, 2001, NY)
(b) Medicamentos terapêuticos: É possível produzir novos medicamentos em
estado sólido na sua forma de nanopartícula. A grande área superficial
dessas pequenas partículas permitem com que elas sejam solubilizadas na
corrente sanguínea onde micro partículas ou partículas maiores não
poderiam. Já que mais de 50% das novas formulações de medicamentos
não são vendidas por problemas de solubilidade, a transformação para a
forma nano abre novas possibilidades para síntese de medicamentos. (KJ
Klabunde, Nanoscale Materials in Chemistry, Wiley, 2001, NY)
(c) Chips de DNA: Microarranjos para detectar a ajudar a identificar amostras
de DNA foram construídos criando dispositivos com mais de 100.000
sequências de DNA conhecidas diferentes. Quando a sequência
desconhecida de DNA corresponde com qualquer sequência do chip, então
a ligação (hibridização) acontece e a sequência desconhecida é identificada
pela sua posição no arranjo. (KJ Klabunde, Nanoscale Materials in Chemistry,
Wiley, 2001, NY)
(d) Refrigeração: A uma pequena escala, já foi demonstrado que uma
vantagem entrópica pode ser alcançada num campo magnético reverso. Ao
aplicar esse campo magnético a entropia da espécie magnética muda, se
condições adiabáticas forem mantidas, a aplicação do campo vai resultar
numa mudança de temperatura. Essa variação é chamada de refrigeração
magnética, e a magnitude desse efeito depende do tamanho do momento
magnético, capacidade calorífica e a dependência de temperatura da
magnetização. Se nanopartículas com alto momento magnético e
coercitividade adequada poderem ser obtidos, a refrigeração magnética
funcionará numa escala prática. ((KJ Klabunde, Nanoscale Materials in
Chemistry, Wiley, 2001, NY)
(e) Otimização de materiais cerâmicos ou Isolantes: A compressão de
nanopartículas cerâmicas levam a objetos mais flexíveis, aparentemente por
conta da maior quantidade de fronteiras de grãos. Depois de maior
desenvolvimento de técnicas de compressão, materiais nanoporosos podem
ser preparados, podendo substituir metais em algumas aplicações. (KJ
Klabunde, Nanoscale Materials in Chemistry, Wiley, 2001, NY)
(f) Dureza metálica; Materiais em nanoescala tem maior área superficial por
volume, além de maior reatividade química e consequentemente melhores
propriedades de força mecânica e elétrica. Assim, a inserção de
nanopartículas pode contribuir para aprimorar as propriedades mecânicas de
materiais, como aumentar a dureza de um metal.
(https://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0104-9224202000010021
2)
(g) Catalisadores: Catálise heterogênea depende de nanopartículas
metálicas e pesquisas no efeito de tamanho da partícula e formato
continuam sendo um campo promissor. (KJ Klabunde, Nanoscale Materials in
Chemistry, Wiley, 2001, NY)
(h) Sensores; A alta superfície de contato de materiais nanotecnológicos
bem como sua pequena estrutura se tornam importantes para as
propriedades de sensores, aumentando a sensibilidade e reprodutibilidade.
(https://www.researchgate.net/publication/280689558_NANO_TECHNOLOGY_IN_
CHEMICAL_SENSORS)
Questão 4: Como poderão ser afetados os seguintes dispositivos ou processos
relacionados ao Meio Ambiente/Química Verde?
(a) Células Solares: Nanopartículas semicondutoras, com larguras de banda
ajustáveis, tem potencial para células solares mais eficientes. (KJ Klabunde,
Nanoscale Materials in Chemistry, Wiley, 2001, NY)
(b) Remediação: Fotoexcitação de partículas de semicondutores leva a
pares de vacâncias de elétrons que são úteis tanto para oxidação quanto
para redução de poluentes, para utilização em água de descontaminação.
(KJ Klabunde, Nanoscale Materials in Chemistry, Wiley, 2001, NY)
(c) Purificação de água: Pó de metal reativo (Fe, Zn) mostra alta reatividade
em organoclorados em um ambiente aquoso. Os resultados levaram a uma
implementação bem sucedida de membranas porosas de pó de metal para
descontaminação da água de lençóis freáticos. (KJ Klabunde, Nanoscale
Materials in Chemistry, Wiley, 2001, NY)
(d) Adsorventes destrutivos: Óxidos metálicos nanoparticulados apresentam
alta reatividade superficial e alta área superficial, e gases ácidos fortemente
quimisorventes e e espécies orgânicas polares. Uma vez que a quimissorção
dissociativa é geralmente observada, estes novos materiais foram
apelidados de "adsorventes destrutivos" e estão encontrando uso na guerra
anti-química / biológica, na purificação do ar, e como uma alternativa à
incineração de substâncias tóxicas. (KJ Klabunde, Nanoscale Materials in
Chemistry, Wiley, 2001, NY)
https://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0104-92242020000100212
https://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0104-92242020000100212
https://www.researchgate.net/publication/280689558_NANO_TECHNOLOGY_IN_CHEMICAL_SENSORS
https://www.researchgate.net/publication/280689558_NANO_TECHNOLOGY_IN_CHEMICAL_SENSORS
Questão 5: Compare um sistema formado por partículas de 5 mm com um
formado por partículas de natureza química idêntica, porém, com 5 nm com
relação às suas propriedades de adsorção.
O sistema nano em questão apresentará melhores propriedades de adsorção.
Uma vez que um sistema nano apresenta maior quantidade de átomos em sua
superfície do que seu interior.
(https://doi.org/10.1016/B978-0-12-812792-6.00004-2)
Questão 6: Explique a temperatura de fusão do Au em função dos tamanhos
de partícula. Dados Tf = 1060 oC (Au bulk); Tf’~ 300 oC (Au nanopartícula de 4
nm).
A temperatura de fusão ao se aproximar da nanoescala começa a decrescer em
função do tamanho de partícula, por esse motivo a nanopartícula de ouro tem
um ponto de fusão muito inferior.
https://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007%2F978-3-319-15338-4_6#:~:text=
The%20result%20shows%20that%20the,indicated%20the%20melting%20of%20nanop
articles
https://doi.org/10.1016/B978-0-12-812792-6.00004-2
https://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007%2F978-3-319-15338-4_6#:~:text=The%20result%20shows%20that%20the,indicated%20the%20melting%20of%20nanoparticles
https://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007%2F978-3-319-15338-4_6#:~:text=The%20result%20shows%20that%20the,indicated%20the%20melting%20of%20nanoparticles
https://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007%2F978-3-319-15338-4_6#:~:text=The%20result%20shows%20that%20the,indicated%20the%20melting%20of%20nanoparticles