SOLIDOS METÁLICOS E SÓLIDOS IÔNICOS

Documentos relacionados
PRINCÍPIOS DA ESTRUTURA EM SÓLIDOS. QFL-4010 Prof. Gianluca C. Azzellini

PROPRIEDADES DOS SÓLIDOS ESTRUTURA E TIPO DE LIGAÇÕES

ESTRUTURA DOS SÓLIDOS CRISTALINOS. Mestranda: Marindia Decol

Ciências dos materiais- 232

Propriedades dos sólidos metálicos. C. E. Housecroft, cap. 6

Ligação metálica corrente elétrica

Aula 6: Estrutura Cristalina dos Metais

ORDEM. Periocidade. SÓLIDO CRISTALINO OU CRISTAL agregado ordenado e periódico de átomos, moléculas ou iões, formando uma estrutura cristalina regular

A4 Estrutura cristalina perfeição

ESTADO SÓLIDO. paginapessoal.utfpr.edu.br/lorainejacobs. Profª. Loraine Jacobs

Estrutura de cristais iônicos. Regras de Pauling

A Dualidade Onda-Partícula

Sólidos iônicos. Classificações de solidos iônicos pela razão radial razão radial = raio do íon menor dividido pelo raio do íon maior

ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais. Unidade 4 ESTRUTURA DOS SÓLIDOS CRISTALINOS

Aula 02 (Revisão): Ligação Química e Estruturas Cristalinas

Volume e forma - não são tão fixos como na teoria. Os sólidos sofrem dilatação com o aumento da temperatura, embora outros se contraem.

SOLIDOS CRISTALINOS. Conceitos Gerais

ARRANJOS ATÔMICOS. Química Aplicada. Profº Vitor de Almeida Silva

Sólidos iônicos. Química Geral. Prof. Edson Nossol

Estrutura Cristalina dos Sólidos (Arranjos Atômicos)

Ligações Interatômicas: IÔNICA = metal + não-metal COVALENTE = não-metais METÁLICA = metais

Introdução a Engenharia e Ciência dos Materiais

SMM-0194 ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS II I

PMT Fundamentos de Ciência e Engenharia dos Materiais 2º semestre de 2014

SMM-0194 ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS II I

ESTRUTURA DOS SÓLIDOS CRISTALINOS CAP. 03

Fotografia de vários cristais de fluorita CaF 2 3-0

Estrutura Cristalina

Estruturas Cristalinas Comuns em Cerâmicas

Ligações Interatômicas: IÔNICA = metal + não-metal COVALENTE = não-metais METÁLICA = metais

Sólidos. Prof. Fernando R. Xavier

Física do Estado Sólido

Estrutur Es a trutur e Propriedades Pr dos materiais cerâmicos

Estrutura de Sólidos Cristalinos. Profa. Dra Daniela Becker

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC BC-1105: MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES

ESTADO SÓLIDO. paginapessoal.utfpr.edu.br/lorainejacobs. Profª. Loraine Jacobs

Centro Universitário da Fundação Educacional de Barretos. Princípio de Ciências dos Materiais Prof.: Luciano H. de Almeida

estrutura atômica cristalino

Os materiais no estado sólido ocupam geralmente menos volume que no estado líquido (fundido).

ESTRUTURA DOS SÓLIDOS

30 Exercícios Resolvidos CAPÍTULO 3 ESTRUTURA CRISTALINA

INTRODUÇÃO. Matéria é formada por átomos que se unem espontaneamente uns aos outros

Ciência dos Materiais Estrutura Cristalina Difração de raios X. Professora: Maria Ismenia Sodero

Teoria da ligação de valência

Ligações Químicas. Profº Jaison Mattei

Estruturas baseadas na HC Wurtzita ZnS

Ligações químicas e estrutura dos materiais

Física dos Materiais FMT0502 ( )

Ligações químicas. Matéria é formada por átomos que se unem espontaneamente uns aos outros

LIGAÇÃO METÁLICA Propriedades Gerais dos Metais

Sólidos. Prof. Fernando R. Xavier

Ciência dos materiais Aula 3. Profª Mª Patrícia Cristina Costa Ladeira

ESTRUTURA CRISTALINA 1

Ligações Químicas. Professor Haroldo

Física da Matéria Condensada

Professora: Daniela Becker Mestranda: Jéssica de Aguiar

SISTEMA HEXAGONAL SIMPLES

TP064 - CIÊNCIA DOS MATERIAIS PARA EP. FABIANO OSCAR DROZDA

Aula 6. Forças Intermoleculares

Regra do Octeto: (Lewis e Koosel)

sacarose Tipos de sólidos Quartzo Diamante Carbonato de sódio NaCl

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA - DQMC. Estrutura Interna. Prof Karine P.

Estado Sólido. Prof. Leandro Zatta. Prof. Leandro Zatta 1

Sólidos: Estudo de Estruturas Cristalinas

Estruturas dos sólidos


Aula 3 Estrutura electrónica e cristalográfica

INTRODUÇÃO À FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO

CONFIGURAÇÃO DOS GASES NOBRES ÁTOMOS ESTÁVEIS E ISOLADOS

ESTRUTURA DOS SÓLIDOS CRISTALINOS CAP. 03 Parte II

RESOLUÇÃO DE EXERCÍCIOS PROPOSTOS AULA 02 TURMA FMJ

Ligação metálica É o tipo de ligação que ocorre entre os átomos de metais. Quando muitos destes átomos estão juntos num cristal metálico, estes

LIGAÇÕES QUÍMICAS. Prof. Marcel Piovezan. Curso Superior de Tecnologia em Processos Químicos

Materiais Problemas. José Carlos Pereira Tel Sala 5-1.5A (5º Piso Torre Química) Lisboa, 2019

Ideias e Conceitos Iniciais. CF086 - Introdução a Física do Estado Sólido 1

COMPOSTOS IÓNICOS A-B

RESOLUÇÃO DE EXERCÍCIOS PROPOSTOS AULA 02 TURMA INTENSIVA

Introdução Moléculas se atraem líquido (atração = força) forças propriedades explicam as diferenças entre os materiais.

Teoria das Bandas. Energia de Coesão e Propriedades. Grau de preenchimento da banda vs. Ordem de ligação

Ligações Químicas. Ligações iônicas Polarização e sólidos iônicos Ligação covalente Estrutura de Lewis Carga formal

QFL Introdução à Química dos Materiais Inorgânicos

FÍSICA DA MATÉRIA CONDENSADA 2009/10 Folha 1 I Redes e Estruturas Cristalinas

MATERIAIS CERÂMICOS E POLIMÉRICOS

Capítulo 1 - Cristais

A Ligação Iônica ou Eletrovalente

Capítulo 6 - LIGAÇÕES QUÍMICAS-resoluções

Diferentes modelos de ligação química

Física dos Materiais FMT0502 ( )

Principais Tipos de Ligações Químicas. Iônicas Covalentes Metálicas

RESOLUÇÃO DE EXERCÍCIOS PROPOSTOS AULA 13 TURMA INTENSIVA

RESOLUÇÃO DE EXERCÍCIOS PROPOSTOS AULA 10 TURMA ANUAL

Química Fascículo 02 Elisabeth Pontes Araújo Elizabeth Loureiro Zink José Ricardo Lemes de Almeida

Diferenças entre o C, Si e os demais elementos do grupo 14

Aulas Multimídias Santa Cecília. Profº Tiago Quick

Cursos Profissionais-Física e Química 10º ano

Colégio São Paulo-Teresópolis/RJ. Projeto Sabadão. Química. Raquel Berco

Atividade extra. Questão 1 Cecierj Questão 2 Adaptado de UFRJ. Ciências da Natureza e suas Tecnologias Química

MÓDULOS 45 e 46 QUÍMICA. Cristais. Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias 1. CONCEITO DE CELA OU CÉLULA UNITÁRIA

CIÊNCIAS DA NATUREZA - QUÍMICA. Ligações Químicas

Transcrição:

SOLIDOS METÁLICOS E SÓLIDOS IÔNICOS GASES e LÍQUIDOS: As moléculas têm movimentos contínuos e aleatórios e também giram e vibram, portanto não têm disposição organizada alonga distância. SÓLIDOS: As moléculas, átomos ou íons não podem se mover (podem vibra e ocasionalmente, girar) têm disposição organizada por isso pode haver uma ordem de longo alcance. QFL-1101 Química Geral 1 (1º semestre - 2017) 1

Tipos de Sólidos Tipo Exemplo Unidades Natureza Estruturais da ligação Iônico NaCl, CaCl 2 Íons positivos Iônica - Atração e negativos Eletrostática forte Metálico Fe, Ag, Cu Átomos metálicos Metálica - Atração Ligas metálicas (M+ imerso num eletrostática entre mar de elétrons) íons M e elétrons Molecular H 2, I 2, CH 3 OH Moléculas unidas Forças de dispersão, por ligação covalente dipolo-dipolo, ligação H Reticulado Grafita, diamante Átomos: redes uni, Covalente: ligações di ou tridimensional direcionais de pares e- Amorfo Vidro, náilon, Rede de ligações cov. Covalente: ligações (vítreo) polietileno sem regularidades a grandes distâncias direcionais de pares de elétrons 2

Arranjo ordenado - O quartzo é uma forma cristalina da sílica (SiO 2 ) Arranjo desordenado Quando a sílica (SiO 2 ) fundida se solidifica torna-se vidro 3

Sólidos em uma rede cristalina Diamante - Rede tridimensional de tetraédricos de átomos de carbono (hibridização sp 3 ) - Estrutura muito rígida (a substância mais dura) Usada como abrasivo. - Bom condutor térmico (a rigidez transfere as vibrações atômicas). - Isolante elétrico (elétrons não deslocalizados). 4

Sólidos em uma rede cristalina Grafita - Arranjo bidimensional trigonais de átomos de carbono (hibridização sp 2 ). O orbital 2p não hibridizado formam ligações onde os elétrons nos orbitais 2p se movem livremente - Anéis hexagonais com ligações fortes, mas entre as camadas planas interações fracas. - Grafite é mole (usados em lápis e como lubrificante). - Condutor de eletricidade - elétrons deslocalizados através dos planos. 5

Alótropo corresponde a uma de duas ou mais formas de um elemento (Alótropos de C) Grafite Diamante Fulereno C 60 Nanotubo de C (parede simples) Nanotubo de C (parede múltipla) Grafeno

Célula Unitária É a menor unidade que se repete e que tem todas as características de simetria da forma organizada espacial dos átomos Também é necessário que a célula unitária represente a estequiometria do sólido 7

7 Tipos de Células Unitárias 14 retículos de BRAVAIS 8

Tipos de Células Unitárias 14 retículos de BRAVAIS P primitiva I corpo centrado F faces centradas C um ponto reticular em faces opostas R Roboédrico 9

Existem 7 sistemas cristalinos básicos, mas nós estamos interessado somente no sistema CÚBICO (mais comum na natureza). vértice Célula unitária cúbica aresta Todos os lados têm comprimento iguais Todos os ângulos são de 90º 10

SÓLIDOS METÁLICOS Estrutura de Empacotamento Compacto - Cátions em um metal estão ligados por sua interação com um mar de elétrons - Cátions são esferas duras que estão empilhadas 11

METAIS Características Propriedades Físicas: - Brilho - Maleável (formar folhas finas) - Dúctil (ser alongada em fios) - Conduz eletricidade - Sólidos, alto PF - Bons condutores de calor Luz atravessa a folha fina de ouro - Tem baixo potencial de ionização - A maioria dos M (neutro) é oxidado - Todos os M do grupo 1A formam M + - Todos os M do grupo 2A formam M 2+ 12

SÓLIDOS METÁLICOS Estrutura de empacotamento compacto Se não há ligações covalentes direcionais, estas esferas estão livres para se empacotarem tão próximas a geometria permitir - A 1 a camada de esferas (A) é empilhada com a mínima perda de espaço (tocam seus 6 vizinhos) - A 2 a camada (B) é colocada nas depressões - Os espaços (buracos, vazios, vacância) são chamados de buracos intersticiais 13

Estrutura hexagonal de empacotamento compacto (hcp) - A 3 a camada (A) é colocada acima dos átomos da 1a camada (estrutura ABABA ) N o de coordenação 12-74% do espaço estão preenchidos - 26% (buracos) 14

Número de coordenação = 12 15

Estrutura cúbica de empacotamento compacto (cfc) - As esferas da 3 a camada (C) é colocada acima das depressões da 1ª camada (estrutura ABCABC ) Cúbica de face centrada (cfc) Os átomos com empacotamento compacto (hcp e cfc) NC = 12 16

Átomos compartilhados nos vértices e faces de um cubo a) Cada partícula situada num vértice de um cubo compartilha com 8 cubos (ou 1/8 da partícula pertence a uma célula unitária cúbica) b) Na rede de face centrada cada partícula numa face do um cubo compartilha com 2 célula unitária (ou 1/2 da partícula pertence a célula unitária cúbica 17

Átomos compartilhados nos vértices, faces e arestas de um cubo 1 1/2 1/4 a célula unitária represente a estequiometria do sólido. 1/8 18

Células unitárias cúbicas represente a estequiometria do sólido 1) Primitiva ou Cúbica Simples (cs) - 8 vértices de um cubo - 1/8 do átomo ou íon no interior de cada célula unitária - Total: 1 átomo 2) Cúbica de Corpo Centrado (ccc) - 8 vértices de um cubo - 1 do átomo ou íon no interior de cada célula unitária - Total: 2 átomos 3) Cúbica de face Centrado (cfc) - 8 vértices de um cubo - 1/2 do átomo (6 faces) de cada célula unitária - Total: 4 átomos 19

Estruturas e Fórmulas dos Sólidos Iônicos A rede é construída com íons maiores - os íons menores são colocados nos vazios Ex: NaCl (rede cúbica de face centrada) - Os ânions Cl - (maiores, r=167 pm) forma a estrutura cfc -Os cátions Na + (menores, r=116 pm) são colocados nos vazios apropriados da rede Cl Na 20

N o de coordenação: é o n o de cada átomo central de átomos vizinhos mais próximos Estrutura do NaCl 1) É uma das mais comuns 2) Rede cúbica de face centrada 3) Existem vazios octaédricos: 1 no centro e 12 nas arestas 4) Cada íon tem n o coord. 6 5) Existem 4 íons Cl - e 4 íons Na + 6) Razão de cátions e ânions 1:1 - Ex: LiF, KCl, AgCl e CaO Na Cl N o de íons Cl - (8 Cl - nos vértices do cubo) (1/8) + (6 Cl - na nas faces) (1/2) = 4 N o de íons Na + (12 Na + nas arestas (1/4) + (1 Na + no centro) = 4 21

Estrutura do CsCl - O íon Cs + tem n o coord. 8 - Rede cúbica simples (cs) - O íon Cs + se localiza no centro de um cubo, no vazio - Razão de cátions e ânions 1:1 - O íon Cs + é maior do Na + N o de íons Cl - (8 Cl - nos vértices do cubo) (1/8) = 1 N o de íons Cs + (1 Cs + no centro) = 1 22

Buracos em cristais 23

Vazios, buracos, vãos 24

Buracos em cristais 25

Estruturas da ZnS Blenda os íons sulfeto formam uma estrutura cúbica de faces centradas e os íons zinco ocupam metade dos interstícios tetraédricos 26

Estruturas ZnS Blenda os íons sulfeto formam uma estrutura cúbica de faces centradas e os íons zinco ocupam metade dos interstícios tetraédricos Wurtzita os íons sulfeto formam uma estrutura hexagonal compacta e os íons zinco ocupam metade dos interstícios tetraédricos 27

Buracos octaédricos na Cl rede cfc Na 28

Células Unitárias de Metais 29

30

Relação de raios Número de Diagrama limitantes r < /r > Coordenação 0,732-0,999 8 0,414-0,732 6 0,225-0,414 4 0,155-0,223 3 Número de coordenação 12 relação de raio = 1 Ex. NaCl = r(na + ) / r(cl - ) = 102 pm / 181 pm = 0,564 NC = 6 31

A estrutura cristalina cúbica simples (CS) a Número de Coordinação = 6 a = 2R onde: R = raio atômico a = parâmetro da rede Fração de empacotamento = 52%

Cúbica de corpo centrado(ccc) a Número de coordenação = 8 a = 4R 3 onde: R = raio atômico a = parâmetro de rede Fração de empacotamento = 68%

Cúbica de corpo centrada a 3a a 2 a a 2 a 3a = 4R a = 4R/ 3

Rede cúbica de face centrada (cfc) Número de Coordenação = 12 a = 4R 2 a = 2R 2 onde: R = raio atômico a = parâmetro de rede Fração de empacotamento 74%

Eficiência de empacotamento Expressa o volume total ocupado pelos átomos na célula unitária Para um dado raio atômico, quanto maior o número de coordenação maior a eficiência de empacotamento Tipo de célula Número de coordenação Eficiência de empacotamento Cúbica simples 6 52 % Cúbica de corpo centrado 8 68 % Cúbica de face centrado 12 74 % Hexagonal 12 74 % Você pode calcular estas geometrias mais simples correlacionando as informações das células unitárias e raios atômicos. -A maioria dos elementos metálicos = Empacotamento hexagonal - Muitos compostos iônicos = cfc. (ex. NaCl)

Packing of spheres. simple cubic (52% packing efficiency) body-centered cubic (68% packing efficiency)

The structures of simple ionic compounds In simple ionic structures we usually find the anions, which are normally larger than the cations, arranged in a simple cubic or a closest packed array. Relatively small cations occupy tetrahedral holes Larger cations occupy octahedral holes Even larger cations occupy larger cubic holes in a simple cubic array of anions

Holes Tetrahedral holes Octahedral hole Cubic hole

Cl ion Cs + ion The CsCl structure

The CsCl unit cell CsCl: Cs + ions occupy all the cubic holes in a simple cubic array of Cl ions. A unit cell contains 1 Cs + ion and 1 Cl ion. Ions touch along the body diagonal.

The CaF 2 structure F ion Ca 2+ ion

CaF 2 : F ions occupy all the cubic holes in a simple cubic array of Ca 2+ ions. The CaF 2 unit cell

A estrutura da fluorita (CaF 2 ) A célula unitária contém 4 íons Ca 2+ ions e 8 íons F. F - estão coordenados em forma de tetraedros, Ca 2+ estão coordenados em forma de octaedros

Cl ion Na + ion The NaCl structure

The NaCl unit cell

The NaCl unit cell

The sodium chloride structure. expanded view space-filling A unit cell contains 4 Na + ions and 4 Cl ions. Ions touch along the cell edge

The ZnS, zinc blende, structure S 2 ion Zn 2+ ion

The zinc blende unit cell A unit cell contains 4 Zn 2+ ions and 4 S 2 ions. Ions touch along the body diagonal. Zn 2+ ions fit in tetrahedral holes

51

Three Cubic Unit Cells and the Corresponding Lattices 52

Figure 10.13 The Closest Packing Arrangement of Uniform Spheres 53

Figure 10.14 Hexagonal Closest Packing 54

Figure 10.15 Cubic Closest Packing 55

Epacotamento Hexagonal + Mg (s) + 1/2O 2(g) MgO (s) Ligação metálica Lig. covalente Lig. iônica 56

Número de Coordenação 57

Cesium Chloride 58

Sodium Chloride 59

Common Ionic Solids Titanium dioxide, TiO 2 There are 2 net Ti 4+ ions and 4 net O 2- ions per unit cell. 60

Common Ionic Solids Zinc sulfide, ZnS The S 2- ions are in TETRAHEDRAL holes in the Zn 2+ FCC lattice. This gives 4 net Zn 2+ ions and 4 net S 2- ions. 61

Common Ionic Solids Fluorite or CaF 2 FCC lattice of Ca 2+ ions This gives 4 net Ca 2+ ions. F - ions in all 8 tetrahedral holes. This gives 8 net F - ions. 62

Três tipos de sólidos cristalinos 63

64

Structures of Solids X-Ray Diffraction When waves are passed through a narrow slit they are diffracted. When waves are passed through a diffraction grating (many narrow slits in parallel) they interact to form a diffraction pattern (areas of light and dark bands). Efficient diffraction occurs when the wavelength of light is close to the size of the slits. The spacing between layers in a crystal is 2-20 Å, which is the wavelength range for X-rays. 65

Structures of Solids X-Ray Diffraction 66

X-Ray Diffraction 67

Structures of Solids X-Ray Diffraction X-ray diffraction (X-ray crystallography): X-rays are passed through the crystal and are detected on a photographic plate. The photographic plate has one bright spot at the center (incident beam) as well as a diffraction pattern. Each close packing arrangement produces a different diffraction pattern. Knowing the diffraction pattern, we can calculate the positions of the atoms required to produce that pattern. We calculate the crystal structure based on a knowledge of the diffraction pattern. 68

Figure 10.10 Interference of Light Rays 69

Figure 10.11 Diagram to Support the Bragg Equation 70

X-Ray Diffraction Lei de Bragg: nλ = 2d sen θ θ θ θ θ d 2θ 71