Estado Sólido 1

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ESTADO SÓLIDO
Profª. Loraine Jacobs
lorainejacobs@utfpr.edu.br
paginapessoal.utfpr.edu.br/lorainejacobs
Estado Sólido
 Tradicionalmente, um sólido é definido como uma
substância que mantém um volume e uma forma
fixos.
Um sólido é uma substância que apresenta suas 
partículas constituintes dispostas num arranjo interno 
regularmente ordenado.
 Características Gerais:
 Duros e rígidos;
 Não demonstram tendência em fluir ou difundir;
 Geralmente incompressíveis;
Estado Sólido
 Sólido amorfo:
 volume e forma fixa;
 aparência e comportamento externo parecido com os
sólidos;
 não apresenta faces cristalinas;
 estrutura interna irregular;
 pode ser considerado como um líquido (super resfriado, bem
abaixo do seu ponto de congelamento, imitando um sólido
verdadeiro).
Exemplo: Vidro
Propriedades gerais dos sólidos
 Sólidos verdadeiros/ Sólidos Cristalinos: substâncias
rígidas de estrutura organizada que, ao serem
comparadas com os líquidos e os gases, apresentam
velocidades de fluxo e de difusão extremamente
baixas.
 Consistem em partículas (átomos, íons ou moléculas)
muito próximas umas das outras e ligadas
fortemente entre si.
Comparado com um gás que apresenta moléculas
muito espaçadas, um sólido apresenta uma estrutura
extremamente compacta, na qual as partículas
estão fortemente interligadas.
Cristais
 Uma das características mais notáveis dos sólidos é a
sua ocorrência como cristais.
Monocristal perfeito de quartzo 
(dióxido de silício, SiO2)
Cristais de quartzo (dióxido de 
silício, SiO2)
Cristais
 Formação de cristais: crescimento extremamente
lento num meio uniforme  cristais grandes e
perfeitamente formados.
 Comum obtenção de cristais que apresentam
distorções  resultado de condições não-uniformes
na vizinhança do cristal em crescimento, que
favorecem o crescimento mais rápido em certas
direções do que em outras.
Cristal ideal Cristal distorcido.
Difração de Raio X
 Forma externa cristal  fornecem informações
valiosas sobre a estrutura interna;
 Conhecimento sobre estruturas dos materiais
cristalinos provém da difração de raio x:
 qualquer radiação eletromagnética pode sofrer difração (ser
desviada) por uma grade de difração; isto é, uma série de objetos
(linhas, átomos, etc.) colocados de maneira regular a uma
distância aproximadamente igual à do comprimento de onda da
radiação.
O comprimento de onda dos raios X é muito
curto, mas as distâncias entre átomos num
cristal são suficientemente próximas para o
cristal servir de rede de difração para raios X.
Difração de raios X pelo método de Laue. 
Aparelhagem e Diagrama de difração de Laue.
Difração de Raio X
 Equação de Bragg Difração dos raios X deve
ocorrer como a luz é refletida por um espelho.
n.= 2.d sen
 Relação entre distância entre camadas de átomos,
comprimento de onda e ângulo de difração
Para qualquer distância d, a difração pode se dar em diversos ângulos, cada
um deles correspondente a um valor de n. Sendo n = 1 para o raio difratado de
ordem 1, o qual terá menor ângulo de difração.
Difração de Raio X
 Em um experimento de difração com cristais de
NaCl, foram utilizados raios x com =0,154nm. A
difração de 1ª ordem teve lugar em ângulo  de
22,77º. Qual a distância entre as camadas dos
átomos responsáveis pela difração deste raio,
sabendo que n= 2d sen?
d = n/ 2sen
sen  = sen 22,77º = 0,3870
d = 1.0,154/2(0,387)
d = 0,199nm
Retículo Cristalino
 Retículo cristalino: arranjo ordenado tridimensional
dos átomos do sólido, ou ainda, descrito em termos
de um retículo espacial, que é um arranjo
geometricamente regular de pontos no espaço.
 Um retículo cristalino pode ser imaginado como
sendo um retículo espacial cujos pontos são
ocupados por átomos, íons, moléculas ou grupos
destes.
 O arranjo das partículas, num retículo cristalino,
repete-se periodicamente em três dimensões, até os
limites físicos de cada cristal.
Retículo Cristalino
 Cela Unitária: Menor unidade tridimensional do
retículo cristalino  pode ser utilizada para construir
o retículo completo  Modelo que pode ser
explicado bidimensionalmente através da estrutura
de rede
Retículo Cristalino
 Rede: Arranjo regular de pontos em um plano. Uma
cela unitária deve conter quatro pontos da rede
Retículo Cristalino
 Cela Unitária Primitiva: Cela cúbica simples  Possui
pontos apenas nos vértices
Retículo Cristalino
 Celas Derivadas da Cela Primitiva
 Cela cúbica de corpo centrado  Além de todos os pontos
do vértice, terá um ponto no centro da estrutura do cubo
 Cela cúbica de face centrada Além de todos os pontos do
vértice, terá um ponto no centro de cada uma das seis faces
do cubo.
Retículo Cristalino
Células primitivas
Retículos Cristalinos Representativos
Estrutura Cristalina do Argônio - CFC 
(Átomos)
Estrutura Cristalina do Etileno - OCC 
(Moléculas)
Estrutura Cristalina do NaCl- CFC
Ligações e propriedades dos sólidos
As propriedades de um sólido dependem:
 da geometria do retículo cristalino;
 da natureza das unidades (átomos, íons, moléculas) nos
pontos reticulares;
 das forças que mantêm unidas estas unidades.
 Podem ser classificados em quatro tipos:
 iônico
 molecular
 covalente
 metálico
Ligações Iônicas
 Ligação química formada pela atração eletrostática
entre íons positivos e íons negativos.
 A ligação se dá entre dois átomos quando um
elétron, ou mais de um, se transfere da camada de
valência de um átomo para a camada de valência
do outro.
 O átomo que perde elétrons torna-se um cátion (íon
positivo) e o que recebe elétrons torna-se um ânion
(íon negativo).
 Qualquer íon tende a atrair tantos íons vizinhos, com
cargas opostas, quanto for possível.
Sólidos Iônicos
 Cátions e ânions ocupam os pontos do espaço
reticular.
 Ligação iônica forte  difícil distorção do retículo;
 Altos PF e PE  partículas recebem energia cinética 
vibram com intensidade cada vez maior  Vibrações
violentas causam enfraquecimento das forças de ligação
Desintegração do retículo cristalino Fusão  NaCl (808ºC)
 Maus condutores no estado sólido  Devido a estrutura
cristalina dos sólidos iônicos os íons não estão livres para
movimentar as partículas carregadas e, por isto, não
conduzem eletretricidade.
Sólidos Iônicos
 Tipicamente Duros e Quebradiços
 Resistentes à quebra mas, após quebrados, estilhaçam com
facilidade.
 Ao aplicar uma força em um sólido iônico, as forças de
atração tendem a mantê-lo intacto porém, se a força
aplicada superar a resistência da ligação as forças atrativas
dão lugar a forças repulsivas (Clivagem) fazendo com que
haja separação das camadas
Clivagem dos sólidos iônicos
NaCl
KCl
Ligações Covalentes
 Também chamada covalência normal é a união
entre átomos estabelecida por pares de elétrons de
modo que cada par seja formado por um elétron de
cada um dos átomos. Ametais / H
 Substâncias Simples
 Substâncias Compostas
Ligações Covalentes
 Ligação Covalente Coordenada
 Também chamada covalente dativa é a união entre átomos
estabelecida por pares de elétrons que são cedidos por
apenas um dos átomos.
 Trata-se não mais de uma ligação covalente normal, em que
cada ligação é formada por um elétron de cada átomo,
mas de uma ligação onde o par de elétrons é fornecido
somente por um dos átomos participantes da ligação
Sólidos Covalentes
 Unidades nos pontos reticulares são átomos ligados
por covalência, formando uma enorme rede
tridimensional típica que se prolonga até os limites
físicos do cristal.
Exemplo: carbeto de silício (carborundum, SiC)
geralmente usado como abrasivo. A estrutura é
fortemente entrelaçada, rígida  grande dureza e
alto PF.
 Não há partículas móveis na estrutura  tipicamente
maus condutores de eletricidade.
Estrutura cristalina SiC
Sólido SiC
Sólidos Moleculares
 Unidades que ocupam os pontos reticulares são
moléculas.
 Em cada molécula  átomos unidos por ligações
covalentes.
 Entre as moléculas  forças eletrostáticas  Van der
Waals
 Força dipolo-dipolo
 Força de London ou dispersão
Sólidos Moleculares
 Força dipolo-dipolo
 Atrações elétricas entre moléculas polares (moléculas que possuem
pólos elétricos em sua estrutura devido à diferença de
eletronegatividade entre os átomos que a constituem).
 Nos sólidos, as moléculas tendem a se alinhar de modo que as
extremidades positivas se orientem para as extremidades negativas
vizinhas
Sólidos Moleculares
 Força de London ou dispersão
 Geralmente muito fracas e ocorrem em átomos ou
moléculas apolares.
 Originam-se das flutuações momentâneas que ocorrem nas
nuvens eletrônicas em um átomo ou molécula  dipolo
elétrico instantâneo (acúmulo momentâneo de carga
negativa em uma determinada região do átomo ou
molécula).
 Este acúmulo de carga negativa tende a repelir os elétrons
do átomo ou molécula vizinha, convertendo-o também em
um dipolo elétrico. Em outras palavras, a polaridade
momentânea do primeiro átomo induz uma polaridade
momentânea no segundo.
Dipolo instantâneo –Dipolo Induzido
Sólidos Moleculares
 Forças de Van der Waals e os Sólidos Moleculares
 tendem a ter PF relativamente baixos e a ser moles (forças
intermoleculares são fracas);
 Isolantes elétricos (não possuem partículas carregadas).
ESTADO SÓLIDO
Profª. Loraine Jacobs
lorainejacobs@utfpr.edu.br
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