6 1 - Estado sólido Cristais líquidos Polimorfismo

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Estado sólido. Cristais líquidos. 
Polimorfismo 
Apresentação
O Estado sólido se caracteriza pela imobilidade das moléculas, dos átomos ou dos íons, que ficam 
restritos ao movimento de vibração e que apresentam estabilidade termodinâmica relativa. 
Dependendo do nível de organização, é possível fazer distinção entre sólidos amorfos e cristalinos. 
Mais ainda, sólidos podem apresentar diferentes habitats cristalinos e polimorfismo. No caso do 
polimorfismo, diferentes estruturas cristalinas podem estar presentes concomitantemente, 
entretanto, a tendência ao equilíbrio (menor energia livre) faz com que apenas uma delas seja a 
estrutura prevalente. Formas polimórficas estáveis e metaestáveis são distintas enquanto 
velocidade de dissolução e reatividade química e térmica, um fato relevante no entendimento da 
diversidade farmacológica, da biodisponibilidade de fármacos e da legislação atual sobre 
medicamentos.
O conceito de cristal líquido (LC) é essencial no entendimento da importância de diversos sistemas 
biológicos que hoje servem de modelo para novas tecnologias. 
Bons estudos.
Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
Definir o que se entende por Estado sólido.•
Reconhecer o que é LC e as diferentes mesofases que o caracterizam.•
Identificar o polimorfismo em sólidos e suas principais características.•
Desafio
Chocolate e ovo de páscoa são dois elementos alimentícios fortemente incorporados na cultura 
brasileira. O que muita gente desconhece é que a sua preparação exige que se contornem os 
inconvenientes da formação de polimorfos. De fato, a manteiga de cacau é um dos melhores 
exemplos conhecidos de polimorfismo.
De modo geral, a preparação contempla que a quantidade de chocolate deva ser dividida em três 
porções iguais. Duas porções são derretidas com cuidado em banho-maria e, a seguir, 
homogeneizadas completamente. A terceira porção é cortada e reduzida a pedaços bem pequenos 
e é adicionada à porção de chocolate fundido. O processo de mistura prossegue até se obter uma 
mistura homogênea (é a etapa crítica e denomina-se temperar o chocolate). Na sequência, a mistura 
ainda fluida é vertida nos moldes e deixada esfriar a temperatura ambiente (de 18 a 24 °C) durante 
de 12 a 18 horas, não sendo recomendado o uso prolongado do resfriamento em geladeira, muito 
menos em freezer.
O desafio é destacar os principais cuidados dessa técnica, relacionando-os com a formação de 
polimorfos indesejados, que fazem com que o chocolate se apresente fluído a uma temperatura de 
inferior a 30 °C.
Infográfico
O desenvolvimento do tema desta unidade está representado na ilustração que segue. 
 
Conteúdo do livro
Para a melhor compreensão dos conteúdos desta unidade, será feito estudo de um trecho da 
seguinte obra: Fundamentos de Físico-química, Netz e Ortega.
Boa leitura.
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N472f Netz, Paulo A.
Fundamentos de físico-química [recurso eletrônico] : uma
abordagem conceitual para as ciências farmacêuticas / Paulo A.
Netz, George Gonzáles Ortega. – Dados eletrônicos. – Porto
Alegre : Artmed, 2014.
Editado também como livro impresso em 2002.
ISBN 978-85-363-1546-1
1. Farmácia – Físico-química – Fundamentos. I. Ortega,
George Gonzáles. II. Título.
CDU 615.011
Catalogação na publicação: Mônica Ballejo Canto – CRB 10/1023
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Fundamentos de físico-química 33
neste fluido, além de apresentar a vantagem de ser inerte e poder ser facilmente
removido por diminuição de pressão.
As moléculas dos líquidos apresentam movimentos de vibração, oscilação e, de
modo mais restrito, translação e rotação. A liberdade de movimento é menor, devido
a interações entre as moléculas, que são bem maiores quando comparadas com os
gases, resultando em uma menor capacidade de difusão.
As propriedades mais importantes dos líquidos, como tensão superficial, visco-
sidade, difusão, miscibilidade, pontos de ebulição, volatilidade, etc. dependem signi-
ficativamente das interações intermoleculares em um líquido e serão abordadas em
detalhe em separado, em vários momentos diferentes. Por ora discutiremos de modo
resumido a relação entre estas propriedades e as forças intermoleculares.
A volatilidade de um líquido pode ser medida pela pressão de vapor (a pressão
exercida pelo vapor em equilíbrio com um líquido) ou pela temperatura de ebulição.
Líquidos voláteis têm elevada pressão de vapor e baixa temperatura de ebulição (ex.
éter etílico). A volatilidade depende muitíssimo da massa molecular – quanto maior
a massa, menos volátil o líquido –, conforme se pode constatar em alcanos ou alcoóis
de diferente tamanho de cadeia, assim como da presença de pontes de hidrogênio, as
quais diminuem a volatilidade de modo bastante acentuado. A elevada temperatura
de ebulição da água, comparada com H2S, H2Se, H2Te é uma mostra do grande
papel desempenhado pelas ligações de hidrogênio.
A viscosidade de um líquido é a medida da resistência friccional a uma força de
cisalhamento. A presença de pontes de hidrogênio aumenta de maneira significativa
a viscosidade, a ponto de o glicerol (glicerina) com três hidroxilas, quando compara-
do ao metanol, com uma hidroxila, mostrar um acréscimo na viscosidade de um
fator de quase 2.000.
Estado sólido21
Os sólidos, em geral, caracterizam-se pela elevada densidade, baixa energia cinética
molecular, capacidade nula de difusão, assim como pelo elevado grau de interação
intermolecular, com formação de estruturas moleculares fixas, cristalinas ou amor-
fas, nas quais as partículas apresentam apenas movimentos de vibração e oscilação.
Quanto ao tipo de interações intermoleculares, podemos classificar os sólidos em:
covalentes, cujas unidades básicas são unidas entre si por ligações covalentes, como no
diamante; iônicos, cujas unidades básicas são cátions e ânions interagindo por meio
de interações eletrostáticas, como, por exemplo, o cloreto de sódio; moleculares22,
cujas unidades básicas são moléculas que interagem por interações do tipo van der
Waals, como, por exemplo, a sacarose, e metálicos, como o ferro ou o cobre.
Quanto à estrutura, podemos classificar os sólidos em amorfos ou cristalinos.
Os sólidos cristalinos são formados por unidades estruturais organizadas, compostas
21 No presente capítulo, abordaremos o estado sólido apenas de um ponto de vista físico-químico,
ressaltando a importância das interações intermoleculares. Ao leitor interessado em abordagens mais
completas, como, por exemplo, a análise das diferentes estruturas cristalinas, recomenda-se a consulta
de obras de mineralogia ou cristalografia.
22 Nos sólidos covalentes, as ligações intermoleculares são covalentes, ao passo que nos sólidos molecu-
lares as ligações covalentes são apenas intramoleculares.
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34 Netz e González Ortega
23 Biodisponibilidade é a medida do grau de absorção que uma substância (fármaco) sofre quando é
administrada ao organismo e da sua capacidade de atingir diferentes órgãos e tecidos, exercendo uma
atividade farmacológica local ou generalizada.
de íons, átomos ou moléculas, que ocorrem na forma de arranjos geométricos defini-
dos. A estrutura dos sólidos cristalinos é a responsável por estes apresentarem ponto
de fusão nítido. Ademais, cristais formados por átomos e íons, como o diamante,
o NaCl, o ácido bórico são geralmente duros e apresentam ponto de fusão. Cristais
formados por moléculas (sacarose, glicose, parafinas de elevado peso molecular) apre-
sentam pontos de fusão menores, são moles e, normalmente, pouco friáveis. Segun-
do o arranjo geométrico, os cristais são classificados em cúbicos (NaCl), tetragonais
(uréia), hexagonais, rômbicos (iodo), monoclínios (sacarose) e triclínios (ácido bóri-
co). Um grupo especial representa os cristais metálicos (ferro, níquel, prata, cobre),
formadopor íons carregados positivamente e imersos em uma nuvem eletrônica. São
conhecidos como condutores da eletricidade e pela elevada dureza e resistência me-
cânica.
Os sólidos amorfos, pelo contrário, apresentam sistemas desorganizados, sem
arranjo geométrico definido e fundem-se dentro de uma faixa de temperatura, sem
apresentar um ponto nítido de fusão. Às vezes, em vez de fusão, sofrem decomposi-
ção térmica. Muitas das suas propriedades de uso no âmbito das ciências farmacêuti-
cas dependem sobretudo do tamanho ou do estado de divisão das suas partículas.
Exemplos deste grupo são a celulose, o algodão, os amidos, as vaselinas e os diversos
polímeros amorfos.
A forma como um sólido ocorre, cristalina ou amorfa, não deve ser entendida
como uma característica inerente a uma determinada substância. Algumas delas,
como o cloreto de sódio puro, ocorrem na natureza como uma única estrutura cris-
talina. Outras substâncias, pelo contrário, dependendo do processo de síntese e de
purificação, apresentam-se tanto na forma cristalina quanto na amorfa. Este fato é
altamente relevante do ponto de vista farmacêutico, pois uma mesma substância,
que ocorra na forma amorfa ou cristalina, apresentará estabilidade química, solubili-
dade, velocidade de dissolução e, conseqüentemente, biodisponibilidade23 diferentes.
O comportamento dos cristais, quando observados através do microscópio de
luz polarizada, permite classificá-los em dois grupos:
a) Cristais isotrópicos: como o vidro e o cloreto de sódio, incluindo também sólidos
amorfos, que apresentam um único índice de refração. As ondas de luz, polarizada através
de um cristal de Nicol, viajam pelo cristal sob análise com a mesma velocidade, emergin-
do da superfície do mesmo sem alteração do plano da luz polarizada (Figura 1.11)
No campo de visão do microscópio com luz polarizada, os cristais isotrópicos
aparecem como massas opacas e cinzentas.
b) Cristais anisotrópicos: são aqueles que apresentam dois ou mais índices de
refração. As ondas de luz polarizada atravessam o cristal a diferentes velocidades. A
luz que emerge da superfície do cristal apresenta dois ou mais planos de propagação,
o que se manifesta no campo de visão do microscópio como massas multicoloridas,
brilhantes, que lembram a visão de um caleidoscópio. Se o cristal apresenta dois
índices de refração, é denominado uniaxial, pois apresenta um eixo óptico. Os que
apresentam três recebem o nome de biaxiais e apresentam dois eixos ópticos (Figura
1.11).
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Fundamentos de físico-química 35
Analisador
Cristal
Polarizador
Luz
monocromática
Figura 1.11 Comportamento dos cristais frente à luz polarizada. Cristal
isotrópico (esquerda); cristal anisotrópico (direita).
ESTUDO COMPARATIVO:
COEFICIENTES
TÉRMICOS
As diferenças entre os estados de
agregação podem ser estudadas
no modo como os sistemas rea-
gem a mudanças na pressão, na
temperatura ou no volume. Os
principais parâmetros termodi-
nâmicos que medem estas varia-
ções são denominados “coefi-
cientes térmicos”.
O coeficiente de dilatação
volumétrica isobárica αP mede a
variação proporcional (relativa)
do volume devida à alteração da
temperatura em 1 grau, manten-
do-se a pressão constante. A sua
unidade é o K–1. Se tivermos, por
exemplo, αP = 0,01 K–1, signifi-
ca que um acréscimo da tempe-
ratura em 1 grau tem como
resultado o aumento do volume
em 1%. Para um gás ideal, pode
ser mostrado que o coeficiente de dilatação volumétrica é igual ao inverso da tempe-
ratura absoluta, αP = 1/T, ou seja, a 25 °C, αP = 0,003356 K–1.
O coeficiente de compressibilidade isotérmica κT mede a variação proporcional
do volume devida à alteração da pressão em uma unidade (por exemplo, 1 atm),
mantendo-se a temperatura constante. Sua unidade é o inverso da pressão (por exemplo
atm–1 ou bar–1 ou Pa–1). Um coeficiente κT = 0,003 atm–1 significa que, a cada atm
de acréscimo de pressão, o volume deverá decrescer em 0,3%. Para um gás ideal, κT
= 1/P, portanto, quando a pressão for de 1 atm, κT = 1 atm –1. Para sólidos e líquidos,
o coeficiente de compressibilidade é bastante baixo, por isso dizemos que as fases
condensadas são praticamente incompressíveis.
A Tabela 1.4 apresenta valores dos coeficientes de dilatação e de compressibili-
dade para sólidos e líquidos comuns, em temperatura de 20 °C.
TABELA 1.4 Coeficientes térmicos para algumas substâncias escolhidas*
Cobre Grafite Quartzo NaCl Hg C
6
H
6
CCl
4
Etanol Água
α /10-4
(K-1) 0,492 0,240 0,150 1,210 1,810 12,40 12,40 11,20 2,07**
κ /10-6
(atm-1) 0,78 3,00 2,80 2,42 3,85 94 103 110 45,3
* Castellan, p. 91.
** 2,57 10-4, a 25 °C
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Encerra aqui o trecho do livro disponibilizado para 
esta Unidade de Aprendizagem. Na Biblioteca Virtual 
da Instituição, você encontra a obra na íntegra. 
Dica do professor
Na apresentação seguinte, serão abordados o estado sólido, o polimorfismo e os LCs. Em todos os 
casos, está-se referindo a sistemas misantrópicos, ou seja, as propriedades do sistema dependem 
do plano em que é analisado. Prender-se ao fato de que uma mesma substância sólida pode ocorrer 
na forma de estruturas cristalinas diferentes é essencial no entendimento do polimorfismo. De igual 
maneira, salienta-se o fato da existência de sistemas anisotrópicos que não são sólidos nem 
líquidos, os quais são denominados LCs.
Aponte a câmera para o código e acesse o link do vídeo ou clique no código para acessar.
https://fast.player.liquidplatform.com/pApiv2/embed/cee29914fad5b594d8f5918df1e801fd/0ec24623d9616cac9c008a14797a361f
Exercícios
1) Substâncias no Estado sólido se caracterizam por apresentarem propriedades que as 
diferenciam do estado condensado líquido e que definem se a substância está no estado 
cristalino ou amorfo. Escolha qual é a alternativa CERTA. 
A) Sólidos têm estrutura cristalina definida, são termodinamicamente estáveis, com temperatura 
de fusão definida e, do três graus de liberdade das moléculas (translação, rotação e vibração), 
apresentam apenas o grau de vibração.
B) Sólidos possuem arranjo tridimensional definido, têm maior estabilidade termodinâmica do 
que os líquidos, apresentam temperatura de fusão ou de decomposição e os movimentos das 
suas moléculas estão restritos à rotação e vibração.
C) Sólidos possuem estrutura tridimensional definida, equilíbrio termodinâmico, fundem a uma 
determinada temperatura e os movimentos das suas moléculas estão restritos à rotação.
D) Sólidos podem ter estrutura cristalina definida, têm maior estabilidade termodinâmica do que 
os líquidos, apresentam temperatura de fusão ou de decomposição e suas moléculas estão 
restritas à vibração apenas.
E) Sólidos possuem estrutura tridimensional, estabilidade termodinâmica e temperatura de 
fusão, mostrando uma organização em nível atômico, molecular ou iônico periodicamente 
repetida.
2) Substâncias no Estado sólido podem ocorrer na natureza em forma cristalina ou amorfa. 
Para uma mesma substância, qualquer que essa seja, pode-se afirmar com certeza que: 
A) A substância ocorrerá em forma amorfa ou cristalina, dependendo das condições de 
temperatura e de pressão e do solvente de onde foi cristalizada.
B) A substância ocorrerá em forma amorfa ou cristalina, sem importar as condições de 
temperatura e de pressão e a forma como foi obtida.
C) A substância ocorrerá em forma amorfa, desde que a energia interna da estrutura seja 
mantida baixa.
Ao estar na forma amorfa, as moléculas possuem maior mobilidade, entrarão mais facilmente 
em dissolução e possuirão maior reatividade térmica e química em função de uma maior 
D) 
energia interna.
E) Ao estar na forma cristalina, as moléculas terão menor mobilidade e entrarão mais facilmente 
em dissolução por possuir menor energia interna.
3) Polimorfismo está relacionado com as diferentes estruturas cristalinas que uma mesmasubstância pode apresentar. Nesse sentido, qual das seguintes alternativas é a CORRETA? 
A) O polimorfismo pode ocorrer tanto em sólidos amorfos como em cristalinos.
B) Todos os polimorfos podem sofrer interconversão reversível de uma forma para outra.
C) A tendência natural de um sólido que apresente várias estruturas polimórficas é a de ocorrer 
espontaneamente na forma polimórfica mais estável.
D) Uma mesma substância sólida não pode ocorrer, simultaneamente, como uma mistura de 
polimorfos.
E) Os polimorfos de uma substância podem ser diferenciados mediante métodos químicos, 
como titulação e compleximetria, ou cromatográficos, como cromatografia em camada 
delgada ou cromatografia em fase líquida.
4) Substâncias que apresentam polimorfismo podem atuar de forma diversa em sistemas vivos. 
Nesse sentido, qual das seguintes alternativas é a CORRETA? 
A) Polimorfos podem apresentar diferentes atividades biológicas por serem reconhecidos de 
forma diferenciada pelas células do organismo.
B) De alguma forma, a energia livre armazenada em estruturas polimórficas diferentes pode 
afetar de formas diversas células e organismos.
C) Formas metastáveis de um polimorfo tenderão a propiciar efeitos mais rápidos do que a 
forma estável, uma vez que a velocidade de dissolução dessas é maior.
D) Os polimorfos que contêm água na sua estrutura terão maior afinidade com o meio aquoso 
dos organismos vivos e, consequentemente, maior efeito biológico.
E) Sólidos com formas cristalinas diferentes dissolvem de forma diferenciada e esse 
polimorfismo poderá determinar atividades biológicas distintas.
5) 
Segundo o tipo de fase que apresentam, cristais líquidos se classificam em quatro grupos 
principais. Identifique a qual tipo de fase de cristal líquido corresponde o seguinte conjunto 
de características: Estruturas moleculares que mostram alinhamento em uma mesma 
direção, observando-se, em algumas delas, rotação do eixo principal ao plano da mesofase, 
isto é, das subfases que compõem a fase do cristal líquido. 
A) Nemática
B) Colestérica
C) Esméctica
D) Colunar
E) Liotrópica
Na prática
O que hoje é conhecido como polimorfismo em sólidos e cristal líquido deriva de descobertas 
realizadas há mais de 140 anos. Entretanto, a sua relevância no dia a dia só se tornou palpável nas 
últimas três décadas. A seguir, serão abordadas separadamente essas duas facetas do tema estado 
sólido.
Um mesmo composto farmacêutico (fármaco ou adjuvante) pode ocorrer na forma amorfa ou de 
diferentes estruturas cristalinas, isto é, polimorfos. No caso dos fármacos ou das substâncias ativas, 
isso significa que se podem verificar diferentes velocidades de dissolução, níveis de 
biodisponibilidades e de estabilidade química e física, sobretudo térmica, e comportamentos 
distintos durante o processamento tecnológico dessas substâncias. Tudo isso depende se a 
substância está no estado amorfo ou cristalino; se está no estado cristalino, depende de a qual 
polimorfo se está referindo. O polimorfismo é bem mais frequente em matérias-primas 
farmacêuticas do que se pressupunha décadas atrás. Alguns fármacos com as mais variadas 
indicações terapêuticas e que são conhecidos pelo seu polimorfismo são: ácido L-glutâmico, 
resorcinol, sulfatiazol, cloranfenicol, pivalato de piroxicam, clordiazepóxido, progesterona, 
primidona, premafloxacino, cefalosporinas, esomeprazol, olanzapina, ranitidina, ritonavir, aspirina, 
entre outros. O reconhecimento de um ou de outro se faz mediante espectroscopia de FT-IV, FT-
Raman, difractometria por raios X e por técnicas calorimétricas. As atuais diretrizes oficiais na área 
da saúde, ao redor do planeta, estabelecem qual ou quais polimorfos são oficialmente aceitos e 
exigem a sua declaração explícita na hora do registro do medicamento.
O denominado cristal líquido (LC, Liquid Crystal) representa outra faceta do estado sólido ou, pelo 
menos, é dentro desse tópico que se pode tratar dele com mais propriedade. A descoberta do LC é 
atribuída ao botânico austríaco F. Reinitzer (1888), e o termo foi cunhado por O. Lehmann na 
década de 1920. A teoria subjacente, por sua vez, foi construída ao longo de mais de um século.
 
Saiba +
Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor:
CHANG, R. Físico-química para as ciências químicas e biológicas - 
Vol. 01. 3ª edição. Porto Alegre: McGraw-Hill, 2009.
Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino!
CHANG, R. Físico-química para as ciências químicas e biológicas - 
Vol. 02. 3ª edição. Porto Alegre: McGraw-Hill, 2009.
Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino!