μ= M Massas Volúmicas Teóricas Massa da célula unitária (m) m = (8 1/8) (M/N A ) = M/N A V= a 3 = (2r) 3 μ= M 8 r 3 N A

Transcrição

1 Massas Volúmicas Teóricas Estrutura Cúbica Simples (CS) μ= Massa da célula unitária (m) Volume da célula unitária (V) m = (8 1/8) (M/N A ) = M/N A V= a 3 = (2r) 3 μ= M 8 r 3 N A Estrutura Cúbica de Corpo Centrado (CCC) m = (8 1/8 + 1) (M/N A ) = 2M/N A μ= 9M N μ V= a 3 = (4r/ 3) r3 N A Estrutura Cúbica de Faces Centradas (CFC) m = (8 1/ /2) (M/N A ) = 4 M/N A μ= M V= a 3 = (2 2 r) r 3 N A

2 Dimensões dos interstícios nas estruturas compactas Estimativa do raio da maior esfera que pode ser acomodada sem perturbar os átomos (considerados esferas rígidas) Estrutura CFC Otédi Octaédricos Tt Tetraédricos édi diagonal do cubo: D diagonal do cubo elementar: d r i.o. r a a = 2r + 2r i.o. a = 2 2 r d = 2r +2r i.t. d = ½ D e D = 3 a = r 2 2 r = 2r + 2r i.o. 2r +2r i.t. = 3 2 r r i.o. = ( 2-1) r 2 r it i.t. = ( 6-2) r = r r i.t. = r Estas dimensões são importantes nas ligas metálicas

3 TOM/CLOA Aplicada aos Metais E 0 H 2 σ * σ E 0 σ E H H 3 0 N H 3 σ 2 σ 1 E 0 H 4 σ4 N níveis de energia N/2 preenchidos σ 3 σ 2 σ 1

4 Banda de Níveis de Energia do Hidrogénio Metálico E 0 H n n N

5 METAIS elevada densidade; elevada condutividade térmica e eléctrica; ductilidade 2º grupo 3º grupo 1 Hidrogénio i Metalóides 2 2 Metais alcalinos Não metais 2 2s 1 2 2s 2 Metais alcalino terrosos Gases raros 2 2s 2 2p 1 2 2s 2 2p 6 Metais de transição Terras raras [Ne]3s 1 [Ne]3s 2 [Ne]3s 2 3p 1 [Ne]3s 2 3p 6 [Ar]4s 1 [Ar]4s 2 [Ar] 3d 1 4s 2 [Ar] 3d 10 4s 2 [Ar]4s 2 4p 1 [Ar]4s 2 4p 6 [Kr]5s 1 [Kr]5s 2 [Kr] 4d 1 5s 2 [Kr] 4d 10 5s 2 [Kr]5s 2 5p 1 [Kr]5s 2 5p 6 [Xe]6s 1 [Xe]6s 2 [Xe] 5d 1 6s 2 [Xe] 5d 10 6s 2 [Xe]6s 2 6p Rf [Rn]7s 1 [Rn]7s 2 [Rn] 6d 1 7s 2 Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh [Xe]6s 2 6p 6 6 [Xe]4f 1 5d 1 6s 2 [Xe]4f 14 5d 1 6s 2 7 [Rn]6d 2 7s 2 [Rn]5f 14 6d 1 7s 2

6 E 0 Banda de Níveis de Energia dos Metais dos 2º e 3º Períodos da Tabela Periódica Orbitais de valência: 2s e 2p ou 3s e 3p (4 orbitais por átomo) Anti-ligantes 2p Para um cristal com Nátomos: 4N orbitais atómicas 2s Ligantes 4N níveis de energia

7 METAIS elevada densidade; elevada condutividade térmica e eléctrica; ductilidade 4º grupo 1 Hidrogénio i Metalóides 2 2 Metais alcalinos Não metais 2 2s 1 2 2s 2 Metais alcalino terrosos Gases raros 2 2s 2 2p 1 2 2s 2 2p 6 Metais de transição Terras raras [Ne]3s 1 [Ne]3s 2 [Ne]3s 2 3p 1 [Ne]3s 2 3p 6 [Ar]4s 1 [Ar]4s 2 [Ar] 3d 1 4s 2 [Ar] 3d 10 4s 2 [Ar]4s 2 4p 1 [Ar]4s 2 4p 6 [Kr]5s 1 [Kr]5s 2 [Kr] 4d 1 5s 2 [Kr] 4d 10 5s 2 [Kr]5s 2 5p 1 [Kr]5s 2 5p 6 [Xe]6s 1 [Xe]6s 2 [Xe] 5d 1 6s 2 [Xe] 5d 10 6s 2 [Xe]6s 2 6p Rf [Rn]7s 1 [Rn]7s 2 [Rn] 6d 1 7s 2 Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh [Xe]6s 2 6p 6 6 [Xe]4f 1 5d 1 6s 2 [Xe]4f 14 5d 1 6s 2 7 [Rn]6d 2 7s 2 [Rn]5f 14 6d 1 7s 2

8 E 0 Banda de Níveis de Energia dos Metais dos 4º, 5º e 6º Períodos da Tabela Periódica Orbitais de valência: 4s, 4p e 3d ou 5s, 5p e 4d (9 orbitais por átomo) Para um cristal com N átomos: 9N orbitais atómicas ~6N Anti-ligantes 4p 4s 3d ~3N Ligantes 9N níveis de energia

9 Grau de Preenchimento e Energia de Coesão Metais do 3º Período Metal Na Mg Al Electrões de Valência Energia de Coesão (kj/mol) Metais dos 4º, 5º e 6º Períodos da Tabela Periódica º período 5º período 800 Energia de coesão (kj/m mol) º período 0 Ca Ti Cr Fe Ni Zn Rb Y Nb Tc Rh Ag nº atómico Ba Hf W Os Pt Hg

10 Energia de Coesão e Propriedades dos Metais Temperatura de Fusão (ºC) Temperatu ura de fusão Ca Ti Cr Fe Ni Zn Rb Y Nb Tc Rh Ag Ba Hf W Os Pt Hg nº atómico

11 Compressibilidade Compressi ibilidade x Ca Ti Cr Fe Ni Zn Rb Y Nb Tc Rh Ag Ba Hf W Os Pt Hg nº atómico

12 Ligas metálicas Propriedades metálicas, constituídas por dois ou mais elementos, pelo menos um dos quais é um metal Soluções sólidas (χs semelhantes) Compostos intermetálicos (IMC) (χs muito diferentes) Dimensões relativas dos átomos não Substituição devem diferir mais de 15% (dois ou mais metais) Estruturas cristalinas compatíveis Electronegatividades semelhantes Número de electrões de valência Dimensões relativas do metal e do não metal: Intersticiais raio(não metal) < raio(interstício) (metal + não metal) solubilidade elevada raio(não metal) > raio(interstício) baixa solubilidade, desde que a razão dos raios atómicos < 0.59

13 Sumário 13 Metais (Cont.) Estruturas Cristalinas dos Metais - Massa e Volume das Células Unitárias - Densidades d Teóricas Interstícios de Rede nas Células Compactas - Dimensões dos Interstícios Octaédricos e Tetraédricos Teoria das Orbitais Moleculares Aplicada aos Metais - Hidrogénio Metálico: Banda de Níveis de Energia Energia de Coesão e grau de preenchimento da banda - Metais dos 2º e 3º períodos. Metais dos 4º, 5º e 6º períodos. Propriedades dos Metais: Temperatura de fusão. Compressibilidade. Condutividade eléctrica. Ligas metálicas: Soluções sólidas de substituição e intersticiais. Exemplos. Compostos intermetálicos.