ESTRUTURA E TIPO DE LIGAÇÕES...LiF é o menos solúvel em água do que os outros haletos ÍONS...
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PROPRIEDADES DOS SÓLIDOS
ESTRUTURA E TIPO DE LIGAÇÕES
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2
gás – pouca ordem, movimentos rápidos.
líquido polar – mais ordenado, movimentos mais lentos.
+
+
+
+
-
-
-
-Sólido
cristalino –altamente ordenado
Cristal iônico
Cristal líquidoSólido amorfo
REPRESENTAÇÃO
Diferentes estados da matéria
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Cristal líquidoH3
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CLASSIFICAÇÃO DOS SÓLIDOS
SÓLIDOS AMORFOS
SÓLIDOS CRISTALINOS
ENERGIA DE REDE
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SÓLIDOS AMORFOS
ISOTRÓPICOS :
PROPRIEDADES MECÂNICAS, ELÉTRICAS, IND.DE REFRAÇÃO, INDEPENDEM DA DIREÇÃO
NÃO TÊM ESTRUTURA CRISTALINA
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FACES DO CRISTAL
MINERAL GALENA : SÓLIDO CRISTALINOPbS
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SÓLIDOS CRISTALINOS
ESTRUTURA CRISTALINA
ANISOTRÓPICOS: PROP.MECÂNICAS, ELÉTRICAS, ÍND. DE REFRAÇÃO, DUREZA, DEPENDEM DA DIREÇÃO
ANISOTROPIA, PTO DE FUSÃO,TAMANHO,
FORMAS CRISTALINAS,ETC
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Resistência a uma
força diferente nas duas direções
Empacotamento de moléculas alongadas. Amianto reflete propriedades macroscópicas.
ANISOTROPIA ISOTROPIA
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Densidade: m/V (g/cm3)
Propriedade característica de cada substância:
Cu = 8,9 Hg = 13,5 Pb = 11,3 cortiça = 0,25 g/cm3
GERAL: Sólido mais denso que o líquido.
O gelo é menos denso, devido à sua estrutura.
gelo H2O se torna mais empacotada (a 4ºC densidade maior)
GELO MENOS DENSO
d H2O a 40C = 1 g/cm3
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Gelo e Neve Estrutura com vazios
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TIPOS DE SÓLIDOS CRISTALINOS
SÓLIDOS IÔNICOS
SÓLIDOS COVALENTES
SÓLIDOS MOLECULARES
SÓLIDOS METÁLICOS
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SÓLIDOS IÔNICOS
MICROGRAFIA – NaClCÉLULASUNITÁRIASDE NaCl
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UMA MEDIDA DA ESTABILIDADE DA REDE CRISTALINA:ENERGIA DE REDE ou RETICULAR ou de COESÃO ou de ESTABILIDADE (U) – energia liberada por mol de íons gasosos quando eles se unem e formam um mol do sólido.
Cl-1 Na+1 Cl-1 Na+1 Cl-1
Na+1 Cl-1 Na+1 Cl-1 Na+1
Cl-1 Na+1 Cl-1 Na+1 Cl-1
Na+1 Cl-1 Na+1 Cl-1 Na+1
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PROCESSO de FORMAÇÃO DO SÓLIDOkJ/mol
Na(s) Na (g) + 108 (energia absorvida)
½ Cl2 Cl (g) + 121 (energia absorvida)Na (g) Na+ (g) + e- + 495 (energia absorvida)e- + Cl (g) Cl- (g) - 348 (energia liberada)Na+ (g) + Cl- (g) NaCl (s) - 787 (energia liberada)
TOTAL :
Na(s) + ½ Cl2 NaCl (s) - 411 (energia líquida liberada)
LIBERAÇÃO DE ENERGIA: PROCESSO EXOTÉRMICO
ENERGIA DE REDE É UMA ENERGIA EXOTÉRMICA
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ENERGIAS DE REDE (KJ/mol)
F- Cl- Br- I-Li+ -1036 - 857 - 813 - 758Na+ - 922 - 788 - 752 - 704 K+ - 820 - 718 - 688 - 648
LiF é o menos solúvel em água do que os outros haletos
ÍONS POSITIVOS - MENORES QUE OS ÁTOMOS NEUTROSÍONS NEGATIVOS – MAIORES QUE OS ÁTOMOS NEUTROS
NA REDE CRISTALINA – MAIOR O ÂNION, MENOR É A ENERGIA DE REDE OU DE ESTABILIDADE.
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U α
U = energia de estabilidade ou reticular
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ENERGIA DE REDE AUMENTA QUANDO:
Q e/ou r
• Composto Energia de Rede (KJ/mol)
• MgF2 2957 Q = +2, -1• MgO 3938 Q = +2, -2• LiF 1036• LiCl 853 r F < r Cl
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SÓLIDOS COVALENTES
FORMA CRISTALINA DO QUARTZO
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PARTE DA ESTRUTURA DE UM DIAMANTE
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SÓLIDO COVALENTE
DIAMANTE
SÓLIDO COVALENTE E MOLECULAR
GRAFITE
Retículo: átomos de C
Ligação: covalente
Duro, alto PF, mal condutor
Retículo: átomos de C
Ligação: covalente e v. der Waals
Mole, baixo pf, condutor
Átomo de C
Átomo de C
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fulerenos (Buckminster Fuller)
(domos geodésicos)
bola de futebol
FULERENOS
H. W. Kroto e R. E. Smalley lançaram laser em grafite a mais de 104 °C
Moléculas com número de átomos de carbono de 44 a 90. A de 60 carbonos é a de maior destaque (rede de pentágonos e hexágonos)
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Nanotubos
Uso potencial: cápsulas de liberação controlada de drogas
Problema: inflamação semelhante ao asbesto em animais de laboratório
Nature Nanotechnology, 20/05/08
Leves como o plástico e resistentes como o aço
Como colete protetor
Como fios de transmissão de energia – 1000 X mais eficientes que fios de cobre
Mais resistente que fios de aço- 200 Xhttp://www.tecmundo.com.br/nanotecnologia/2640-o-que-sao-nanotubos-de-carbono-.htm
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SÓLIDOS MOLECULARES
H2O(l) H2O(s) Benzeno(s) Benzeno(l)
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ESTRUTURA DO CARBONO GRAFITE
Covalente
v. der Waals(entre as camadas)
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Gelo – interações intermoleculares – ligações de hidrogênio
Sólido molecular – baixo ponto de fusão, mole
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SÓLIDOS METÁLICOS
MAR DE ELÉTRONS MÓVEIS
CÁTIONS
Pb
PbO
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Núcleo e camada eletrônica interna
Elétrons externos “móveis”
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Nos metais: a força de ligação aumenta a medida que o número de elétrons disponíveis para a ligação aumenta
Propriedades físicas variam
Sódio Na Pf = 98 0C
Cromo Cr Pf = 1890 0C
Tungstênio W Pf = 3400 0C
Metais de transição: ligações covalentes complementares (além da ligação metálica)
subníveis d semipreenchidos
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33
Bandas de valência e Bandas de condução
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34
RESISTÊNCIA
TEMPERATURA
SEMICONDUTOR
SUPERCONDUTOR
CONDUTOR
METÁLICO
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35
TIPOS DE FORÇAS ENTRESÓLIDO AS PARTÍCULAS
IÔNICOS ATRAÇÕES ELETROSTÁTICAS
COVALENTE LIG.COVALENTES
MOLECULAR DISPERSÃO DE LONDON, DIPOLO-DIPOLO, LIG. DE H
METÁLICOS LIGAÇÕESMETÁLICAS
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36
SÓLIDOS: ENERGIA DE REDE E PONTO DE FUSÃO
TIPO SUBSTÂNCIA ENERGIA RETICULAR PONTO FUSÃO
kJ/mol 0C
IÔNICO NaCl 787 801
CaF2 2590 1423
CaO 3520 2614
COV. C 714 3600
SiC 1235 2700 (sublima)
SiO2 1865 1610MOLEC. H2 0,8 - 259
CH4 9 - 182CO2 25 - 78 (sublima)
METÁLICO Na 108 98Ag 285 962Cu 340 1083
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a) Von Laue 1912
b) Difratômetro moderno (Bragg)
Difração de raios-x – conhecendo o cristal
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ANALOGIA: ONDAS NOS PILARES E DIFRAÇÃO
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DIFRAÇÃO DE RAIOS-X
EQUAÇÃO DE BRAGG
nλ = 2 d senθ
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ld = sen θ
l = d sen θ
n λ = 2 l n λ = 2 d senθ
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EQUAÇÃO DE BRAGG E A DISTÂNCIA ENTRE OS PLANOS DE ÁTOMOS NO RETÍCULO
nλ = 2 d senθ
n = planos de átomos
λ = comprimento de onda do raio X
d = espaçamento entre planos de átomos
θ = ângulo de difração
OBS: sabendo-se os valôres de cada membro da equação, calcula-se o valor do raio dos átomos ou íons da rede cristalina
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Célula unitária de uma rede cristalina
Analogia com um tipo de papel de parede
bidimensional
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Representação de um retículo cristalino
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45
Cúbico simples
1 át./cél. unit.
Cúbico face centrada
4 át./cél. unit.
8 x 1/8 + 6 x ½ = 4 át.
Cúbico corpo centrado
2 át./cél. unit.
8 x 1/8 + 1 = 2 át.
RETÍCULOS ESPACIAIS
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RETÍCULO CÚBICO DE FACE CENTRADA
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Retículo Cúbico de face centrada - corte
NaCl
Cl-
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RETÍCULOS ESPACIAIS IÔNICOS
CORPO CENTRADO
FACE CENTRADA
FACE CENTRADA
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ESTRUTURAS CRISTALINAS DO METAIS
Cúbica de corpo centrado – ccc (n. coordenação 8)
Li, Na, K, Rb, Cs, Ba, V, Cr, Mn, Fe, Nb, Ta
Hexagonal compacta – hc (n. coordenação 12)
Be, Mg, Sc, La, Tc, Ru, Zn, Cd, Os, Re
Cúbico denso (cúbico de face centrada – cfc (n. coordenação 12)
Ca, Sr, Rh, Ir, Pd, Pt, Ag, Au, Cu, Al
68 % do espaço ocupado
74 % do espaço ocupado
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CÚBICO SIMPLES
CÚBICO CORPO CENTRADO
CÚBICO FACE CENTRADA
r = d/2r = d√2
4r = d √3
4
Espaçamento (d) entre os planos de átomos no retículo
RAIO ATÔMICO OU IÔNICO
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.O cobre tem um raio atômico de 1,28 A0 e cristaliza numa estrutura cúbica de face centrada. Calcule a densidade do cobre.
4r = d √2
d = 4r/ √2
d = 4 x 1,28 x 10-8 cm = 3,63 x 10 -8 cm
√2
Vcél. Unit. = d3 = (3,63 x 10 -8 cm)3 = 4,74 x 10-23 cm3
n. at./ cél. unit = 8 x 1/8 + ½ x 6 = 4
Volume molar do Cu:
4 at 4,74 x 10 -23 cm3
6,02 x 10 23 át. X X= 7,13 cm3/mol
d=m (de 1 mol)/ V (de 1 mol) = 63,5 g/mol
7,13 cm3/mol
d = 8,91g/cm3
d4r
APLICAÇÃO:
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SEMICONDUTORES
Ligação covalente
Si, Ge
Elétrons de valência
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A altas temperaturas, quebras de algumas ligações covalentes –elétrons livres - condução
Semicondutor intrinsico
elétron livre
Elétron livre
Elétron
livre
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Semicondutor n
negativo positivoSemicondutores extrínsicos (dopados)
Semicondutor p
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Diodos
O led (light emitter diode - diodo emissor de luz),como o próprio nome já diz, é um diodo (junção P-N) que quando energizado emite luz visível.
A luz é monocromática e é produzida pelas interações energéticas do elétron.
O processo de emissão de luz pela aplicação de uma fonte elétrica de energia é chamado eletroluminescência
arsenieto de gálio (GaAs) ou o fosfeto de gálio (GaP)
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SubstânciaResistividade (ΩΩΩΩ x cm)
Prata 1.6 x 10-6
Cobre 1.7 x 10-6
Ouro 2.3 x 10-6
Alumínio 2.8 x 10-6
Tungsténio 4.9 x 10-6
Grafite 6 x 10-3
Germânio (puro) 47
Silício (puro) 21.4 x 104
Vidro 1012
Porcelana 3 x 1014
Baquelita 2 x 1016
Borracha 9 x 1016
Mica 1017
semicondutores
isolantes
condutores
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FORÇAS INTERMOLECULARES
Dispersão de LONDON
FORÇAS DE V. DER WAALS
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60
MOLÉCULAS APOLARES
Dipolo-induzido
Ex: I2, Cl2, CO2, CH4Cristal formado de moléculas de I2
Moléculas ligadas por forças de v. der Waals (dispersão de London)
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Interação dipolo-dipolo
δ+ δ- δ+ δ-H Cl ----- H Cl
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62
Dipolo-dipolo
MOLÉCULAS POLARES
Ex: H2O, HBr, PCl3Cristal formado de moléculas de HBr
Moléculas ligadas por ligações dipolo-dipolo (v. der Waals)
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INTERAÇÃO ÍON-DIPOLO
Ex: sal (íons de Na+ e Cl- ) em água
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Ligações de H
Este tipo de ligação é um caso especial de ligação dipolo-dipolo, só ocorrendo entre moléculas polares.
H2O HF NH3
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LIGAÇÃO DE HIDROGÊNIO – PONTES DE H
Ex: H2O, NH3, HFMoléculas polares com H ligado a F, O, N