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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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

3

Cristal líquidoH3

4

5

6

7

8

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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Bandas de valência e Bandas de condução

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RESISTÊNCIA

TEMPERATURA

SEMICONDUTOR

SUPERCONDUTOR

CONDUTOR

METÁLICO

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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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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

43

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

51

52

.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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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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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

64

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