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Estruturas cristalinas Prof. Paulo A. Suzuki - EEL - USP
Fatores que afetam as distâncias atômicas:
tipos de ligação
valência iônica
Ex: r(Fe2+)=0,074 nm, r(Fe3+)=0,064 nm
número de coordenação
temperatura
Estruturas cristalinas Prof. Paulo A. Suzuki - EEL - USP
Tipos de ligação
Iônica
Covalente
Metálica
Molecular
Ligações de hidrogênio
Ex: NaCl, CsCl,...
Ex: SiC, ZnS,...
Ex: Na, Cu, Fe,...
Ex: He, Ar, Ne, Xe,...
Ex: H2O (gelo),...
tipos: I-VII II-VI III-V
H possui alto potencial de ionização Ei = 13,6 eV
coordenação
empacotamento eficiente Nc 6
empacotamento pobre Nc < 4
empacotamento eficiente Nc 6
frequentemente Nc = 12
Nc = 12 (FCC)
transferência eletrônica
compartilhamento eletrônico
mobilidade eletrônica
orientação eletrônica
Fracas (van der Waals)
Estruturas cristalinas Prof. Paulo A. Suzuki - EEL - USP
tipos de ligação E (kJ/mol)
Iônica 150 – 370
Covalente 125 – 300
Metálica 25 – 300
Van der Waals < 20
Energia de ligação
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custo energético
+ 5,14 eV Na + e
e + Cl + 3,61 eV
+ + 7,9 eV
(energia de ionização)
(afinidade eletrônica)
(energia de coesão)
Na+
Cl
Na+ Cl Na+ Cl
energia de um cristal: 7,9 + 3,61 5,14 = 6,37 eV menor
energia absorvida energia liberada
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NC razão r/R geometria
2 0 a 0,155
3 0,155 a 0,225
4 0,225 a 0,414 tetraedro
6 0,414 a 0,732 octaedro
8 0,732 a 1 cubo
12 1 cubo octaedro ou prisma hexagonal
razão r/R
só elementos
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Exemplos:
SiO2: 𝑟
𝑅=0,042
0,132= 0,32 CN = 4
MgO: 𝑟
𝑅=0,066
0,132= 0,50 CN = 6
TiO2: 𝑟
𝑅=0,068
0,132= 0,51 CN = 6
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Raios atômicos (iônicos)
valência NC R (nm)
2- 8 0,144
2- 6 0,140
2- 4 0,127
2- 2 0,114
covalente simples 0,075
covalente dupla 0,065
oxigênio
alumínio
valência NC R (nm)
metal 12 0,1431
3+ 6 0,051
3+ 4 0,046
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Empacotameto atômico
CFC HCP
Modelo de esferas rígidas
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Orbitais atômicos
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caráter iônico - covalente
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Ligações de van der Waals
tipos:
2. Interação de Debye (dipolo induzido) temporário Ex: Ar (0,99 kJ/mol)
3. Forças de London (momento de dipolo permanente ou induzido) moléculas polares Ex: NH3, CH3Cl
Johannes Diderik van der Waals (1837-1923)
físico holandês Nobel de física (1910)
1. Interação de Keeson (pontes de hidrogênio) permanente, 21 kJ/mol C-H, O-H, N-H ligação coulombiana
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Ligações de van der Waals
Dipolos induzidos
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gás Tfusão (K) Tebulição (K)
He 0,96 (26 atm) 4,2
Ne 24 27
Ar 84 87
Kr 116 120
gás (molécula simétrica)
Tfusão (K) Tebulição (K)
H2 14 21
N2 63 78
O2 55 90
CH4 88 145
CCl4 250 349
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Ex: PVC
Ligações de van der Waals
gás (polar) Tfusão (K) Tebulição (K)
NH3 195 240
CH3Cl 113 259
H2O 273 373
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www.its.caltech.edu
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Referências
Howard W. Jaffe. Crystal Chemistry and Refractivity. Dover
(1996).
CRC Handbook
Donald R. Askeland e Pradeep P. Phulé. Ciência e Engenharia dos
Materiais. Cengage (2008).
Linus Pauling. The nature of the chemical bond. Cornell University.
(1960).