1) Sólidos e Líquidos.pdf

Universidade Federal da BahiaInstituto de Qumica

Departamento de Qumica Geral e InorgnicaQUI003/QUI029 - Qumica

SLIDOS E LQUIDOS

Prof. Elisson Andrade

Uma comparao entrelquidos e slidos

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As propriedades fsicas das substncias entendidas em termos de teoria cinticamolecular :

Uma comparao entrelquidos e slidos

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As foras que mantm os slidos e lquidos unidos so denominadas forasintermoleculares. (balano energtico: cintica e foras intermoleculares).

Viscosidade* Viscosidade a resistncia de um lquido em fluir.* Um lquido flui atravs do deslizamento das molculas sobre outras.* Quanto mais fortes so as foras intermoleculares, maior a

viscosidade.

Algumas propriedades dos lquidos

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Tenso superficial

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A tenso superficial a energia necessria para aumentar a rea superficial de um lquido

As molculas volumosas (aquelas no lquido) so igualmente atradas pelas suasvizinhas.

Tenso superficialAs molculas da superfcie so atradas apenas para dentro no sentido

das molculas volumosas. Conseqentemente, as molculas da superfcie esto mais

densamente empacotadas do que as molculas volumosas.A tenso superficial a energia necessria para aumentar a rea

superficial de um lquido.As foras de coeso ligam as molculas entre si.As foras de adeso ligam as molculas a uma superfcie.


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Mudanas de fase7

Variaes de energiaacompanhado

as mudanas de fase

Sublimao: Hsub > 0 (endotrmica). Vaporizao: Hvap > 0 (endotrmica).Derretimento ou Fuso: Hfus > 0

(endotrmica).

Deposio: Hdep < 0 (exotrmica). Condensao: Hcond < 0 (exotrmica).Congelamento: Hcong < 0 (exotrmica).

Mudanas de fase8

Variaes de energia acompanhandoas mudanas de fase

Geralmente o calor de fuso (entalpia de fuso) menor do que o calor devaporizao:

mais energia gasta para separar completamente as molculas do que parasepar-las parcialmente.

Variaes de energia acompanhando as mudanas de fase

Todas as mudanas de fase so possveis sob as condies corretas.A sequncia

aquecer slido derreter aquecer lquido ferver aquecer gs

endotrmica.A sequnciaresfriar gs condensar resfriar lquido congelar resfriar

slido exotrmica.

Mudanas de fase9

Mudanas de fase10

Curvas de aquecimento

Temperatura e presso crticas

Os gases so liquefeitos sob o aumento da presso a uma temperatura.

Temperatura crtica: a temperatura mnima para liquefao de um gsutilizando presso.

Presso crtica: a presso necessria para a liquefao.

Mudanas de fase11

Temperatura e presso crticas

Mudanas de fase12

Explicando a presso de vapor no nvel molecular

Algumas das molculas na superfcie de um lquido tm energiasuficiente para escaparem da atrao do lquido volumoso.

Essas molculas se movimentam na fase gasosa.

medida que aumenta o nmero de molculas na fase gasosa, algumas das molculas atingem a superfcie e retornam ao lquido.

Aps algum tempo, a presso do gs ser constante presso de vapor.

Presso do vapor13


Presso do vapor14


Equilbrio termodinmico: o ponto em que tantas molculas escapam da superfcie quanto as que atingem.

A presso de vapor a presso exercida quando o lquido e o vapor esto emequilbrio dinmico.

Volatilidade, presso de vapor e temperatura Se o equilbrio nunca estabelecido, ento o lquido evapora.

As substncias volteis evaporam rapidamente.

Quanto mais alta for a temperatura, mais alta a energia cintica mdia, maisrapidamente o lquido evaporar.

Presso do vapor15

Presso do vapor16

Presso de vapor e ponto de ebulioOs lquidos entram em ebulio quando a presso externa se iguala

presso de vapor.A temperatura do ponto de ebulio aumenta medida que a presso

aumenta.

Presso do vapor17

Presso de vapor e ponto de ebulio

Duas maneiras de levar um lquido ebulio: aumentar atemperatura ou diminuir a presso. As panelas de presso operam a alta presso. A alta presso o

ponto de ebulio da gua mais alto do que a 1 atm.Conseqentemente, h uma temperatura mais alta em que acomida cozida, reduzindo o tempo necessrio de cozimento.

O ponto de ebulio normal o ponto de ebulio a 760 mmHg (1atm).

Presso do vapor18

Diagrama de fases: grfico da presso versus temperatura resumindo todos osequilbrios entre as fases.

Dada uma temperatura e uma presso, os diagramas de fases nos dizem qual faseexistir.

Qualquer combinao de temperatura e presso que no esteja em uma curvarepresenta uma fase nica.

Diagrama de fases19

Caractersticas de um diagrama de fases: Ponto triplo: temperatura e presso nas quais todas as trs fases

esto em equilbrio. Curva de vapor-presso: geralmente, medida que a presso

aumenta, a temperatura aumenta. Ponto crtico: temperatura e presso crticas para o gs. Curva de ponto de fuso: medida que a presso aumenta, a

fase slida favorecida, se o slido mais denso do que o lquido.

Ponto de fuso normal: ponto de fuso a 1 atm.

Diagrama de fases20

Diagramas de fases de H2O e CO2

Diagrama de fases21

Diagramas de fases de H2O e CO2gua:

A curva do ponto de fuso inclina para a esquerda porque o gelo menos denso do que a gua.

O ponto triplo ocorre a 0,0098C e a 4,58 mmHg. O ponto de fuso (congelamento) 0C. O ponto de ebulio normal 100C. O ponto crtico 374C e 218 atm.

Diagrama de fases22

Diagramas de fases de H2O e CO2Dixido de carbono:

O ponto triplo ocorre a -56,4C e a 5,11 atm. O ponto de sublimao normal -78,5C. (A 1 atm, o CO2

sublima, ele no funde.) O ponto crtico ocorre a 31,1C e a 73 atm.

Diagrama de fases23

Clulas unitriasSlido cristalino: arranjo definido e bem ordenado de molculas,

tomos ou ons. Os cristais tm uma estrutura ordenada, que se repete.A menor unidade que se repete em um cristal uma clula unitria.A clula unitria a menor unidade com toda a simetria de um cristal

inteiro.Uma pilha tridimensional de clulas unitrias a rede cristalina.

Estruturas dos slidos24

Estruturas dos slidos

Clula unitria

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NaCl visto por microscpio

Clulas unitriasTrs tipos comuns de clulas unitrias.

Cbica primitiva, tomos nas extremidades de um cubo simples,cada tomo compartilhado por oito clulas unitrias.



Cbica de corpo centrado (ccc), tomos nos vrtices de um cubo maisum no centro do corpo do cubo.

Os tomos das extremidades so compartilhados por oito clulasunitrias, e o tomo central est completamente incluso em umaclula unitria.



Cbica de face centrada (cfc), tomos nas extremidades de um cubomais um tomo no centro de cada face do cubo.

os tomos das extremidades so compartilhados por oito clulasunitrias, e os tomos das faces so compartilhados por duas clulasunitrias.


Clulas unitrias



Clulas unitrias

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A estrutura cristalina do cloreto de sdio

Duas maneiras equivalentes de definir a clula unitria: os ons de Cl- (maiores) esto nas extremidades da clula, ou os ons de Na+ (menores) esto nas extremidades da clula.

A proporo ction-nion em uma clula unitria a mesma para ocristal. No NaCl, cada clula unitria contm o mesmo nmero deons de Na+ e de Cl-.

Observe que a clula unitria para o CaCl2 precisa de duas vezesmais ons Cl- do que ons Ca2+.


Empacotamento denso de esferas Os slidos tm foras intermoleculares mximas.

As molculas podem ser modeladas por esferas.

Os tomos e ons so esferas.

Os cristais moleculares so formados atravs de empacotamentodenso de molculas.

Racionalizamos a fora intermolecular mxima em um cristalatravs do empacotamento denso de esferas.


Empacotamento denso de esferas Quando as esferas so empacotadas da maneira mais densa

possvel, h pequenos espaos entre as esferas adjacentes.

Os espaos so denominados orifcios intersticiais.

Um cristal formado pela superposio de camadas de esferasdensamente empacotadas.

Existe apenas uma posio para a segunda camada de esferas.


Empacotamento denso de esferasExistem duas opes para a terceira camada de esferas:

A terceira camada fica eclipsada com a primeira (arranjoABAB). Esse chamado de empacotamento denso hexagonal(edh).

A terceira camada est em uma posio diferente em relao primeira (arranjo ABCABC). Esse chamado deempacotamento denso cbico (edc).


Empacotamento denso de esferas


Empacotamento denso de esferas Cada esfera cercada por 12 outras esferas (6 em um plano, 3

acima e 3 abaixo).

Nmero de coordenao: o nmero de esferas que cercadiretamente uma esfera central.

Os empacotamentos densos hexagonal e cbico so diferentes dasclulas unitrias cbicas.

Se so utilizadas esferas de tamanhos diferentes, as esferasmenores so colocadas em orifcios intersticiais.


Existem quatro tipos de slidos: Moleculares (formados a partir de molculas) normalmente

macios, com pontos de ebulio baixos e condutividade ruim. Rede covalente (formada de tomos) muito duros, com pontos

de fuso muito altos e condutividade ruim. Inicos (formados de ons) duros, quebradios, com pontos de

ebulio altos e condutividade ruim. Metlicos (formados a partir de tomos de metais) macios ou

duros, pontos de ebulio altos, boa condutividade, maleveis e dcteis.

Ligaes nos slidos

Ligaes nos slidos

Slidos moleculares Foras intermoleculares: dipolo-dipolo, disperso de London e

ligaes de H.

Foras intermoleculares fracas do origem a baixos pontos defuso.

Gases e lquidos temperatura ambiente normalmente formamslidos moleculares em baixa temperatura.

O empacotamento denso de molculas importante (j que elasno so esferas regulares).

Ligaes nos slidos

Slidos covalentes tomos mantidos unidos em redes grandes.

Exemplos: diamante, grafite, quartzo (SiO2), silicone carbide (SiC) e nitrito de boro (BN).

No diamante: Cada tomo de C tem um nmero de coordenao igual a 4;

cada tomo de C tetradrico, h um arranjo tridimensional de tomos.

O diamante duro e tem um alto ponto de fuso (3550 C).

Ligaes nos slidos

Slidos covalentes

Ligaes nos slidos

Slidos covalentesNo grafite

cada tomo de C ordenado em um anel hexagonal plano; camadas de anis interconectados so sobrepostas; a distncia entre os tomos de C prxima do benzeno (1,42

versus 1,395 no benzeno); a distncia entre as camadas grande (3,41 ); Os eltrons movimentam-se em orbitais deslocalizados (bom

condutor).

Ligaes nos slidos

Slidos inicos

ons (esfricos) mantidosunidos por foraseletrostticas de atrao.

H algumas classificaessimples para tipos de redeinica.

Ligaes nos slidos

Slidos inicosA estrutura do NaCl

Cada on tem um nmero de coordenao igual a 6.Rede cbica de face centrada.A proporo ction-nion 1:1.Exemplos: LiF, KCl, AgCl e CaO.

A estrutura do CsClO Cs+ tem um nmero de coordenao igual a 8.Diferente da estrutura do NaCl (o Cs+ maior que o Na+).A proporo ction-nion 1:1.

Ligaes nos slidos

Slidos inicosEstrutura da blenda de zinco

Exemplo tpico o ZnS.Os ons de S2- adotam um arranjo cfc.Os ons de Zn2+ tm um nmero de coordenao igual a 4.Os ons de S2- so colocados em um tetraedro em volta dos ons

de Zn2+.Exemplo: CuCl.

Ligaes nos slidos

Slidos inicosEstrutura da fluorita

Exemplo tpico CaF2.Os ons de Ca2+ tem um arranjo cfc.H duas vezes mais ons de F- do que de Ca2+ em cada clula

unitria.Exemplos: BaCl2, PbF2.

Ligaes nos slidos

Slidos metlicosOs slidos metlicos tm tomos metlicos com arranjos em edh, cfc

ou ccc.O nmero de coordenao para cada tomo 8 ou 12.Problema: a ligao forte demais para a disperso de London e no

h eltrons suficientes para ligaes covalentes.Soluo: os ncleos de metal flutuam em um mar de eltrons.Os metais conduzem porque os eltrons esto deslocalizados e so

volveis.

Ligaes nos slidos

Ligaes nos slidos

Links para vdeos

LINKS Ponto triplo: https://www.youtube.com/watch?v=BLRqpJN9zeA

Empacotamento compacto hexagonal (ECH) Arranjo ABAB: https://www.youtube.com/watch?v=8hITqnUoTkQ

Empacotamento Compacto Cbico (ECC) Arranjo ABCABC: https://www.youtube.com/watch?v=L0qJzJ0HOek

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