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Mateus Amaral Gomes
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1 ESTADO SÓLIDO paginapessoal.utfpr.edu.br/lorainejacobs Profª. Loraine Jacobs

2 Estado Sólido Tradicionalmente, um sólido é definido como uma substância que mantém um volume e uma forma fixos. Um sólido é uma substância que apresenta suas partículas constituintes dispostas num arranjo interno regularmente ordenado. Características Gerais: Duros e rígidos; Não demonstram tendência em fluir ou difundir; Geralmente incompressíveis;

interna irregular; pode ser considerado como um líquido (super resfriado, bem

3 Sólido amorfo: volume e forma fixa; Estado Sólido aparência e comportamento externo parecido com os sólidos; não apresenta faces cristalinas; estrutura interna irregular; pode ser considerado como um líquido (super resfriado, bem abaixo do seu ponto de congelamento, imitando um sólido verdadeiro). Exemplo: Vidro

4 Propriedades gerais dos sólidos Sólidos verdadeiros/ Sólidos Cristalinos: substâncias rígidas de estrutura organizada que, ao serem comparadas com os líquidos e os gases, apresentam velocidades de fluxo e de difusão extremamente baixas. Consistem em partículas (átomos, íons ou moléculas) muito próximas umas das outras e ligadas fortemente entre si. Comparado com um gás que apresenta moléculas muito espaçadas, um sólido apresenta uma estrutura extremamente compacta, na qual as partículas estão fortemente interligadas.

5 Cristais Uma das características mais notáveis dos sólidos é a sua ocorrência como cristais. Monocristal perfeito de quartzo (dióxido de silício, SiO 2 ) Cristais de quartzo (dióxido de silício, SiO 2 )

6 Cristais Formação de cristais: crescimento extremamente lento num meio uniforme cristais grandes e perfeitamente formados. Comum obtenção de cristais que apresentam distorções resultado de condições não-uniformes na vizinhança do cristal em crescimento, que favorecem o crescimento mais rápido em certas direções do que em outras. Cristal ideal Cristal distorcido.

7 Difração de Raio X Forma externa cristal fornecem informações valiosas sobre a estrutura interna; Conhecimento sobre estruturas dos materiais cristalinos provém da difração de raio x: qualquer radiação eletromagnética pode sofrer difração (ser desviada) por uma grade de difração; isto é, uma série de objetos (linhas, átomos, etc.) colocados de maneira regular a uma distância aproximadamente igual à do comprimento de onda da radiação. O comprimento de onda dos raios X é muito curto, mas as distâncias entre átomos num cristal são suficientemente próximas para o cristal servir de rede de difração para raios X.

8 Difração de raios X pelo método de Laue. Aparelhagem e Diagrama de difração de Laue.

9 Difração de Raio X Equação de Bragg Difração dos raios X deve ocorrer como a luz é refletida por um espelho. n. = 2.d sen Relação entre distância entre camadas de átomos, comprimento de onda e ângulo de difração Para qualquer distância d, a difração pode se dar em diversos ângulos, cada um deles correspondente a um valor de n. Sendo n = 1 para o raio difratado de ordem 1, o qual terá menor ângulo de difração.

10 Difração de Raio X Em um experimento de difração com cristais de NaCl, foram utilizados raios x com =0,154nm. A difração de 1ª ordem teve lugar em ângulo de 22,77º. Qual a distância entre as camadas dos átomos responsáveis pela difração deste raio, sabendo que n = 2d sen? d = n / 2sen sen = sen 22,77º = 0,3870 d = 1.0,154/2(0,387) d = 0,199nm

11 Retículo Cristalino Retículo cristalino: arranjo ordenado tridimensional dos átomos do sólido, ou ainda, descrito em termos de um retículo espacial, que é um arranjo geometricamente regular de pontos no espaço. Um retículo cristalino pode ser imaginado como sendo um retículo espacial cujos pontos são ocupados por átomos, íons, moléculas ou grupos destes. O arranjo das partículas, num retículo cristalino, repete-se periodicamente em três dimensões, até os limites físicos de cada cristal.

13 Retículo Cristalino Cela Unitária: Menor unidade tridimensional do retículo cristalino pode ser utilizada para construir o retículo completo Modelo que pode ser explicado bidimensionalmente através da estrutura de rede

14 Retículo Cristalino Rede: Arranjo regular de pontos em um plano. Uma cela unitária deve conter quatro pontos da rede

15 Retículo Cristalino Cela Unitária Primitiva: Cela cúbica simples Possui pontos apenas nos vértices

Retículo Cristalino Celas Derivadas da Cela Primitiva Cela cúbica de corpo centrado Além de todos os pontos do vértice, terá um ponto no centro

16 Retículo Cristalino Celas Derivadas da Cela Primitiva Cela cúbica de corpo centrado Além de todos os pontos do vértice, terá um ponto no centro da estrutura do cubo Cela cúbica de face centrada Além de todos os pontos do vértice, terá um ponto no centro de cada uma das seis faces do cubo.

17 Retículo Cristalino Células primitivas

18 Retículos Cristalinos Representativos Estrutura Cristalina do Argônio - CFC (Átomos) Estrutura Cristalina do Etileno - OCC (Moléculas) Estrutura Cristalina do NaCl- CFC

19 Ligações e propriedades dos sólidos As propriedades de um sólido dependem: da geometria do retículo cristalino; da natureza das unidades (átomos, íons, moléculas) nos pontos reticulares; das forças que mantêm unidas estas unidades. Podem ser classificados em quatro tipos: iônico molecular covalente metálico

20 Ligações Iônicas Ligação química formada pela atração eletrostática entre íons positivos e íons negativos. A ligação se dá entre dois átomos quando um elétron, ou mais de um, se transfere da camada de valência de um átomo para a camada de valência do outro. O átomo que perde elétrons torna-se um cátion (íon positivo) e o que recebe elétrons torna-se um ânion (íon negativo). Qualquer íon tende a atrair tantos íons vizinhos, com cargas opostas, quanto for possível.

21 Sólidos Iônicos Cátions e ânions ocupam os pontos do espaço reticular. Ligação iônica forte difícil distorção do retículo; Altos PF e PE partículas recebem energia cinética vibram com intensidade cada vez maior Vibrações violentas causam enfraquecimento das forças de ligação Desintegração do retículo cristalino Fusão NaCl (808ºC) Maus condutores no estado sólido Devido a estrutura cristalina dos sólidos iônicos os íons não estão livres para movimentar as partículas carregadas e, por isto, não conduzem eletretricidade.

22 Sólidos Iônicos Tipicamente Duros e Quebradiços Resistentes à quebra mas, após quebrados, estilhaçam com facilidade. Ao aplicar uma força em um sólido iônico, as forças de atração tendem a mantê-lo intacto porém, se a força aplicada superar a resistência da ligação as forças atrativas dão lugar a forças repulsivas (Clivagem) fazendo com que haja separação das camadas Clivagem dos sólidos iônicos

23 NaCl KCl

24 Ligações Covalentes Também chamada covalência normal é a união entre átomos estabelecida por pares de elétrons de modo que cada par seja formado por um elétron de cada um dos átomos. Ametais / H Substâncias Simples Substâncias Compostas

25 Ligações Covalentes Ligação Covalente Coordenada Também chamada covalente dativa é a união entre átomos estabelecida por pares de elétrons que são cedidos por apenas um dos átomos. Trata-se não mais de uma ligação covalente normal, em que cada ligação é formada por um elétron de cada átomo, mas de uma ligação onde o par de elétrons é fornecido somente por um dos átomos participantes da ligação

26 Sólidos Covalentes Unidades nos pontos reticulares são átomos ligados por covalência, formando uma enorme rede tridimensional típica que se prolonga até os limites físicos do cristal. Exemplo: carbeto de silício (carborundum, SiC) geralmente usado como abrasivo. A estrutura é fortemente entrelaçada, rígida grande dureza e alto PF. Não há partículas móveis na estrutura tipicamente maus condutores de eletricidade.

27 Estrutura cristalina SiC Sólido SiC

28 Sólidos Moleculares Unidades que ocupam os pontos reticulares são moléculas. Em cada molécula átomos unidos por ligações covalentes. Entre as moléculas forças eletrostáticas Van der Waals Força dipolo-dipolo Força de London ou dispersão

Sólidos Moleculares Força dipolo-dipolo Atrações elétricas entre moléculas polares (moléculas que possuem pólos elétricos em sua estrutura devido à diferença de

29 Sólidos Moleculares Força dipolo-dipolo Atrações elétricas entre moléculas polares (moléculas que possuem pólos elétricos em sua estrutura devido à diferença de eletronegatividade entre os átomos que a constituem). Nos sólidos, as moléculas tendem a se alinhar de modo que as extremidades positivas se orientem para as extremidades negativas vizinhas

30 Sólidos Moleculares Força de London ou dispersão Geralmente muito fracas e ocorrem em átomos ou moléculas apolares. Originam-se das flutuações momentâneas que ocorrem nas nuvens eletrônicas em um átomo ou molécula dipolo elétrico instantâneo (acúmulo momentâneo de carga negativa em uma determinada região do átomo ou molécula). Este acúmulo de carga negativa tende a repelir os elétrons do átomo ou molécula vizinha, convertendo-o também em um dipolo elétrico. Em outras palavras, a polaridade momentânea do primeiro átomo induz uma polaridade momentânea no segundo. Dipolo instantâneo Dipolo Induzido

$intermoleculares são fracas);$

31 Sólidos Moleculares Forças de Van der Waals e os Sólidos Moleculares tendem a ter PF relativamente baixos e a ser moles (forças intermoleculares são fracas); Isolantes elétricos (não possuem partículas carregadas).

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