Estruturas dos sólidos
Empacotamento denso de esferas
• Existem duas opções para a terceira camada de esferas:
– A terceira camada fica eclipsada com a primeira (arranjo
ABAB). Esse é chamado de empacotamento denso hexagonal
(edh).
– A terceira camada está em uma posição diferente em relação à
primeira (arranjo ABCABC). Esse é chamado de
empacotamento denso cúbico (edc).
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Capítulo 10
Estruturas dos sólidos
Empacotamento denso de esferas
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Capítulo 10
Estruturas dos sólidos
Empacotamento denso de esferas
• Cada esfera é cercada por 12 outras esferas (6 em um plano, 3
acima e 3 abaixo).
• Número de coordenação: é o número de esferas que cerca
diretamente uma esfera central.
• Os empacotamentos densos hexagonal e cúbico são diferentes das
células unitárias cúbicas.
• Se são utilizadas esferas de tamanhos diferentes, as esferas
menores são colocadas em orifícios intersticiais.
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Capítulo 10
Ligações nos sólidos
• Existem quatro tipos de sólidos:
– Moleculares (formados a partir de moléculas) – normalmente
macios, com pontos de ebulição baixos e condutividade ruim.
– Rede covalente (formada de átomos) – muito duros, com pontos
de fusão muito altos e condutividade ruim.
– Iônicos (formados de íons) – duros, quebradiços, com pontos de
ebulição altos e condutividade ruim.
– Metálicos (formados a partir de átomos de metais) – macios ou
duros, pontos de ebulição altos, boa condutividade, maleáveis e
dúcteis.
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Capítulo 10
Ligações nos sólidos
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Capítulo 10
Ligações nos sólidos
Sólidos moleculares
• Forças intermoleculares: dipolo-dipolo, dispersão de London e
ligações de H.
• Forças intermoleculares fracas dão origem a baixos pontos de
fusão.
• Gases e líquidos à temperatura ambiente normalmente formam
sólidos moleculares em baixa temperatura.
• O empacotamento denso de moléculas é importante (já que elas
não são esferas regulares).
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Capítulo 10
Ligações nos sólidos
Sólidos covalentes
• Forças intermoleculares: dipolo-dipolo, dispersão de London e
ligações de H.
• Átomos mantidos unidos em redes grandes.
• Exemplos: diamante, grafite, quartzo (SiO2), silicone carbide (SiC)
e nitrito de boro (BN).
• No diamante:
– Cada átomo de C tem um número de coordenação igual a 4;
cada átomo de C é tetraédrico, há um arranjo tridimensional de
átomos.
– O diamante é duro e tem um alto ponto de fusão (3550 °C).
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Capítulo 10
Ligações nos sólidos
Sólidos covalentes
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Capítulo 10
Ligações nos sólidos
Sólidos covalentes
• No grafite
– cada átomo de C é ordenado em um anel hexagonal plano;
– camadas de anéis interconectados são sobrepostas;
– a distância entre os átomos de C é próxima à do benzeno (1,42
Å versus 1,395 Å no benzeno);
– a distância entre as camadas é grande (3,41 Å);
– Os elétrons movimentam-se em orbitais deslocalizados (bom
condutor).
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Ligações nos sólidos
Sólidos iônicos
• Íons (esféricos) mantidos unidos por forças eletrostáticas de
atração.
• Há algumas classificações simples para tipos de rede iônica.
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Capítulo 10
Ligações nos sólidos
Sólidos iônicos
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Capítulo 10
Ligações nos sólidos
Sólidos iônicos
• A estrutura do NaCl
• Cada íon tem um número de coordenação igual a 6.
• Rede cúbica de face centrada.
• A proporção cátion-ânion é 1:1.
• Exemplos: LiF, KCl, AgCl e CaO.
• A estrutura do CsCl
• O Cs+ tem um número de coordenação igual a 8.
• Diferente da estrutura do NaCl (o Cs+ é maior que o Na+).
• A proporção cátion-ânion é 1:1.
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Ligações nos sólidos
Sólidos iônicos
• Estrutura da blenda de zinco
• Exemplo típico é o ZnS.
• Os íons de S2- adotam um arranjo cfc.
• Os íons de Zn2+ têm um número de coordenação igual a 4.
• Os íons de S2- são colocados em um tetraedro em volta dos íons
de Zn2+.
• Exemplo: CuCl.
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Ligações nos sólidos
Sólidos iônicos
• Estrutura da fluorita
• Exemplo típico CaF2.
• Os íons de Ca2+ tem um arranjo cfc.
• Há duas vezes mais íons de F- do que de Ca2+ em cada célula
unitária.
• Exemplos: BaCl2, PbF2.
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Ligações nos sólidos
Sólidos metálicos
• Os sólidos metálicos têm átomos metálicos com arranjos em edh,
cfc ou ccc.
• O número de coordenação para cada átomo é 8 ou 12.
• Problema: a ligação é forte demais para a dispersão de London e
não há elétrons suficientes para ligações covalentes.
• Solução: os núcleos de metal flutuam em um mar de elétrons.
• Os metais conduzem porque os elétrons estão deslocalizados e são
volúveis.
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Capítulo 10
Ligações nos sólidos
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Capítulo 10
Fim do Capítulo 11
Forças intermoleculares, líquidos e
sólidos
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Capítulo 10