Aula-5-Quimica-Solidos-I-QIB

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UnB/IQ
Curso de graduação
Química Inorgânica Básica
Professores: José A. Dias e Sílvia C. L. Dias
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Introdução a Química do Estado 
Sólido 
◼ 3. Tipos de sólidos e suas ligações
3.1 Introdução
3.2 Tipos de Sólidos: iônicos, covalentes, 
moleculares e metálicos
3.3 Sólidos metálicos e teoria das bandas
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3.1 Introdução
Sólido:
◼ a) substância que mantém um volume e uma
forma fixa.
◼ b) substância que apresenta suas partículas
constituintes dispostas num arranjo interno
ordenado.
Amorfo: arranjo irregular das partículas
Cristalino: arranjo regular das partículas
Estudo das formas cristalinas: CRISTALOGRAFIA
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As propriedades de um sólido dependem:
i) geometria e estrutura do retículo cristalino
ii) natureza das partículas constituintes 
(e.g., átomo, íon, molécula)
iii) forças atuantes na unidade do sólido. 
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3.2 Tipos de sólidos 
Iônicos
Rede tridimensional de íons de cargas opostas. A
energia é proveniente da soma das seguintes
contribuições:
i) Energia eletrostática de atração ou de repulsão
entre os íons;
ii) Energia extra de repulsão proveniente da
superposição das densidades eletrônicas dos
íons vizinhos;
iii) Energia de van der Waals.
Exemplos: NaCl, Na2CO3, Na3PO4.
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Propriedades:
[1] duros
[2] sob a ação de forças de grande intensidade 
são quebradiços
[3] altos pontos de fusão (e.g., NaCl p.f. =
808 °C)
[4] maus condutores de eletricidade, exceto
quando fundidos
[5] baixa solubilidade em solventes orgânicos e
alta solubilidade em água
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Moleculares
Retículos cristalinos são formados por moléculas. Existem dois
tipos de ligações:
dentro da molécula (intramolecular) = covalentes
entre as moléculas (intermolecular) = forças de van der Waals
Exemplos:
Força de dipolo-dipolo permanente (moléculas polares, por 
exemplo, H2O)
Forças de dipolo-dipolo induzidas = forças de dispersão = 
forças de London (moléculas apolares, e.g., CO2, CH4)
forças fracas de curto alcance  Polarizabilidade
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Propriedades: 
[1] ponto de fusão relativamente baixos
[2] moles
[3] não conduzem eletricidade
[4] podem ser solúveis em solventes
orgânicos ou água
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Covalentes 
Sólidos atômicos, onde os átomos estão
ligados covalentemente formando uma rede
tridimensional.
Exemplos: SiC, Diamante (C); SiO2
Propriedades:
[1] pontos de fusão muito altos 
[2] durezas elevadas
[3] não condutores de eletricidade
[4] insolúveis em solventes orgânicos e água 
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Metálicos:
“Íons positivos formando um retículo
estabilizado por elétrons deslocalizados
sobre o cristal”. ?
Átomos ligados covalentemente em um
sistema deficiente em elétrons, os quais
estão deslocalizados sobre toda a
estrutura.
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Principais estruturas cristalinas de metais
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Hexagonal 
Compacta (HCC)
Cúbica de
Face 
Centrada (CFC)
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Cúbica de
Corpo
Centrado (CCC)
Cúbica 
Primitiva (P)
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Propriedades:
[1] Pontos de fusão variáveis: (e.g., Na = 
98 °C; W = 3410 °C)
[2] Dureza variável
[3] Altas condutividades elétrica e térmica
[4] Alto brilho
[5] Insolúveis em solventes orgânicos e
muitos reagem com a água
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3.3 Sólidos metálicos e teoria das bandas
◼ As propriedades físicas dos metais, bem
como seus altos números de coordenação (8
ou 12) sugerem que as ligações nos metais
devem ser diferentes das outras substâncias
◼ Não existem contribuições iônicas e ligações
covalentes convencionais (par de elétrons
localizado) são impossíveis pois não há nem
número e nem orbitais suficientes
◼ A explicação das ligações em um sólido
metálico pode ser dado pela teoria das
bandas
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Surgimento de bandas a partir de orbitais moleculares em metais
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◼ O fato de existirem no nível de valência mais
orbitais atômicos do que elétrons, significa
que mesmo se todos os elétrons fossem
empregados para formar ligações covalentes
normais, o átomo não atingiria a configuração
de um gás nobre (elétron deficiente)
◼ Número de OA = número de OM  No Li só
existe um elétron de valência por átomo 
cada orbital tem no máximo 2 elétrons 
somente metade dos orbitais moleculares do
nível 2s estão preenchidos (orbitais ligantes)
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◼ Basta um mínimo de energia para perturbar o
elétron e leva-lo a um orbital molecular vazio
◼ Como os OM se estendem nas três
dimensões do cristal  elétrons vão possuir
um elevado grau de mobilidade, o que
explica a grande condutividade térmica e
elétrica dos metais
◼ A condução existe porque não há um salto
ou intervalo elevado de energia entre os OM
cheios e os OM vazios
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Teoria das bandas: condutores, isolantes e 
semicondutores
◼ Condutores → a banda de valência está
parcialmente preenchida ou ocorre
sobreposição desta com a banda de
condução. Não há um salto energético
significativo entre os OM cheios e os vazios
◼ Isolantes → a banda de valência está
preenchida, sendo impossível uma
perturbação dentro desta banda. Além disso,
há uma diferença significativa de energia
em relação a próxima banda vazia
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◼ Semicondutores → são basicamente
isolantes, nos quais a diferença de energia
entre as bandas de valência e a de condução
é suficientemente pequena para permitir a
promoção de elétrons
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Estrutura de bandas em sólidos com banda de valência
preenchida e banda de condução vazia, destacando a
diferença relativa no tamanho do gap entre condutores,
isolantes e semicondutores