Ligações Metálicas e Sólidos Iônicos

Seleção Mestrado 2014 – UnB                                                          Diego Elias Honda

# 3. Ligações Metálicas e Sólidos Iônicos

Um sólido é definido como uma substância que apresenta suas partículas constituintes dispostas num arranjo interno regularmente ordenado. Devido a isso, ao ser comparado com um liquido, apresentam baixas velocidades de fluxo e difusão, evidenciando a proximidade e a força de ligação entre seus átomos.

A difração de raios x é uma das técnicas mais utilizadas para estudar os sólidos. Nela, o cristal serve como uma rede de difração devido a sua distância interatômica ser parecida ao comprimento de onda dos raios x. Neste contexto, a equação de Bragg e o método do pó auxiliam fornecendo dados únicos e característicos de cada substancia.

O arranjo ordenado tridimensional de seus átomos constitui o reticulo cristalino. Na natureza existem 14 tipos, denominados “Retículos de Bravais”. Para descrevê-los, especifica-se uma cela unitária, a qual representa a menor parte do retículo que pode ser utilizada para construir o todo. Ela deve ser escolhida de maneira que explicite maior simetria.  

Neste ponto, seria interessante aprofundar um pouco mais, falando sobre os parâmetros de cela unitária, celas unitárias primitivas, de corpo centrado, face centrada, os tipos de sistemas cristalinos.

A energia reticular expressa força com a qual as partículas de um sólido estão unidas. É definida como a quantidade de energia necessária para separar as partículas de um mol de sólido e é geralmente expressa como ΔH do processo. Em abordagens teóricas, é determinada pelo cálculo das energias de interações atrativas e repulsivas. A determinação experimental é feita pela utilização do ciclo de Born-Haber.

A disposição dos átomos no espaço deve maximizar a eficiência de empacotamento. Em duas dimensões, o empacotamento hexagonal é o mais denso. Partindo dele, em uma terceira dimensão não existe disparidade: tanto o empacotamento hexagonal denso – formado pela adição de uma terceira camada igual a primeira – quanto o empacotamento cubico denso – originário da adição de uma terceira camada no eixo das depressões da primeira – fornecem os mesmo 12 átomos adjacentes a um outro dado átomo.

Explicar melhor o que são empacotamentos compactos antes de já falar sobre cada um dos tipos. Abordar fatores como o número de coordenação, e talvez até demonstrar por meio de desenhos.

Falar sobre os tipos de cavidades (sítio octaédrico e tetraédrico).

Em um solido iônico, as espécies que ocupam o espaço reticular são cátions e ânions. A ligação iônica por eles formada é muito forte, conferindo-lhes certa dureza e altas temperaturas de fusão. Todavia, sua condutividade elétrica é baixa, visto que os íons não estão livres para se movimentarem. Quando este movimento é forçado, forças de atração são substituídas por de repulsão, dando-lhes um caráter quebradiço.

Explicar as contribuições de cada íon ou metal quando possuem posição especial na cela unitária, e como calcular, talvez até com a demonstração de um exemplo simples.

Os sólidos metálicos são formados por cátions, sendo que entre eles se estabelece uma ligação metálica. Nela, sobre o sólido, os elétrons que originaram os cátions estão deslocalizados. Estes são tratados pela mecânica quântica como ondas que se estendem pela superfície. Dá-se então uma atração entre os elétrons livres e os cátions do retículo, o que estabiliza sua estrutura e a permite ser deformável e dúctil. Também, quando elétrons livres são adicionados em uma extremidade, em outra extremidade são retirados. Isto, juntamente com o fato de que a adição de calor aumenta a energia cinética dos elétrons e íons, confere boa condutividade elétrica e térmica. Além disso, os elétrons livres absorvem e reirradiam luz, conferindo alta refletividade e brilho característico.

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