Sólidos, Estruturas e Ligações

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Universidade Estadual do Ceará 
Centro de Ciências e Tecnologia 
Química
Sólidos
 Estrutura e ligações
	Nome
	Tayná Mendes 
	Matrícula
	.......
	
	Marília Mota 
	
	.........
	Disciplina
	Química Geral 2
	
	
	Professora
	..........
	Data
	03/07/2015
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
Estrutura e ligações de Sólidos
Autoras: Tayná Mendes e Marília Mota 
 FORTALEZA-CE
Sumário
Introdução teórica......................................................................4
Definição de Sólidos..................................................................5
Células Unitárias........................................................................6
Sólidos Metálicos.......................................................................7
Sólidos Moleculares................................................................7/8
Sólidos de Rede Covalente.......................................................8
Sólidos Iônicos..........................................................................9
Referencias................................................................................10
Anexos.......................................................................................11
Introdução teórica
Todos os elementos puros existem como gases, líquidos ou sólidos. O estado no qual um elemento existe, depende das condições de pressão e temperatura. Um gás nas condições normais de temperatura e pressão contém cerca de 10 19 átomos/cm 3 . Um líquido cerca de 10 22 átomos/cm 3 . Um cristal (sólido) cerca de 10 23 átomos/cm 3 .
 Os gases e a grande maioria dos líquidos não apresentam periodicidade nos seus arranjos atômicos. No entanto todos os metais, grande parte dos cerâmicos e certos polímeros cristalizam-se quando se solidificam. Assim os átomos se arranjam num modelo tridimensional, ordenando e repetido. Estes tipos de estrutura são chamados cristais. As forças que mantém juntas as unidades que constituem os cristais são as forças de ligação covalentes e/ou iônicas e/ou, por exemplo, pontes de hidrogênio. Este modelo ordenado que caracteriza o cristal, e que atinge um alcance de muitas distâncias atômicas, se origina na coordenação atômica no interior do material. 
O arranjo interno persiste mesmo que as superfícies externas sejam alteradas. Por exemplo, a estrutura interna de um cristal de quartzo não é alterada quando suas superfícies são desgastadas para formar grãos de areia. Da mesma forma existe um arranjo hexagonal das moléculas de água, quer nos cubos de gelo, quer nos flocos de neve.
 Quando a temperatura é tão baixa que os movimentos das moléculas do líquido não são capazes de superar as forças intermoleculares, elas tendem a formar sólidos, que por sua vez possuem forma definida, já que as unidades que o constituem (átomos, moléculas e íons) estão em contato umas com as outras e em posições ou sítios bem determinados.
Uma das maneiras de diferenciar os sólidos é considerá-los como sendo cristalinos ou amorfos:
 Sólidos Cristalinos são compostos de moléculas ou íons que apresentam uma ordem de longo alcance em um arranjo ordenado chamado de retículo. Em exemplo, temos as formas comuns de açúcar, sais como o cloreto de sódio, e elementos tais como o iodo e o enxofre. Anisotropia é uma propriedade física desses sólidos, isto é, eles não apresentam as mesmas propriedades ao longo de todos os possíveis eixos.
 Sólido Amorfo é aquele cujas partículas estão desordenadas, sendo assim Isotrópico, uma vez que suas propriedades são as mesmas em todas as direções; como ocorre com a manteiga, a borracha e o vidro. A estrutura de um sólido amorfo é muito semelhante à de um líquido congelado no tempo.
 O quartzo, é um exemplo de sólido cristalino formado por uma ligação de silício e oxigênio, funde-se a temperaturas altas(e específicas) se transformando em um líquido viscoso e pegajoso e apesar de a rede Si-O permanecer praticamente intacta, muita das ligações se rompem e a ordem rígida do quartzo é quebrada. Se porventura, o sólido em questão fundido for rapidamente resfriado os átomos são incapazes de retornar a um arranjo regular. Tendo como resultado, um sólido amorfo chamado de vidro de quartzo.Por sua vez, os sólidos amorfos se tornam macios durante uma faixa de temperatura à proporção que as forças intermoleculares de várias intensidades são rompidas.
 Os sólidos cristalinos têm tipicamente superfícies planas bem definidas denominadas de faces do cristal, em ângulos bem definidos uns em relação aos outros. Ao contrário dos cristalinos, os amorfos não têm faces bem definidas, a menos que tenham sido cortadas ou moldadas.
Células Unitárias
 As características estruturais principais de um sólido cristalino podem ser representadas segundo a célula unitária, a menor parte do cristal que, quando repetida em três dimensões pode, por simples deslocamento reproduzir a estrutura tridimensional do cristal inteiro. Assim, podemos pensar num cristal como sendo composto de uma combinação de células unitárias, onde as células vizinhas compartilham faces, arestas ou vértices. As estruturas tridimensionais de um cristal podem também ser representadas por sua rede cristalina. Os pontos em uma rede cristalina representam posições na estrutura onde existem ambientes idênticos. 
Existem três tipos comuns de células unitárias.
Cúbica Primitiva: onde os átomos ficam na extremidade de um cubo simples e cada átomo é compartilhado por oito células unitárias.
Cúbica de Corpo Centrado: átomos no vértice de um cubo mais um no centro do corpo do cubo. Os átomos das extremidades são compartilhados por oito células unitárias, e o átomo central está completamente incluso em uma célula unitária. 
Cúbico de Face Centrada: os átomos ficam na extremidade de um cubo mais um átomo no centro de cada face do cubo. Os átomos das extremidades são compartilhados por oito células unitárias, e os átomos das faces são compartilhados por duas células unitárias.
Tipos de sólidos 
 As propriedades dos sólidos dependem tanto do arranjo das partículas quanto das forças atrativas entre elas.
Sólidos metálicos
 Caracterizada pelo brilho prateado e refletividade, alta condutividade elétrica e térmica, e por sua maleabilidade com a qual podem ser martelados, esticados e curvados, sem se quebrar, os sólidos metálicos variam de macios a muito duros, de baixos a altos pontos de fusão e são dúcteis.
 Prata, Ouro e Platina são substâncias em que todas estas propriedades aparecem com maior nitidez. Por outro lado, para a maioria dos metais falta uma ou mais destas características. Tungstênio, por exemplo, tem brilho prateado, mas é quebradiço e não facilmente manipulável, enquanto que o Chumbo que é macio e manipulável, não é bom condutor de eletricidade. 
 Os cátions de um metal mantém-se em posição pela interação com o “mar” de elétrons que os circunda. O metal sódio, é formado por íons Na+ mantidos juntos por elétrons que se espalham pelo sólido, um elétron por cátion. E tomando por base que a interação é a mesma em todas as direções, uma boa associação é com as laranjas empilhadas em feiras deixando o mínimo de espaço. Eles adotam uma estrutura de empacotamento compacto, empacotamento denso hexagonal, de empacotamento denso cúbico( cúbico de face centrada), ou cúbica de corpo centrado. Portanto, cada átomo tem 8 ou 12 átomos adjascentes.
Sólidos moleculares
 A unidade que se repete é um átomo ou molécula quimicamente identificável, que não possui carga efetiva. A coesão destes cristais é uma conseqüência das forças de van der Waals. Estas são consideravelmente mais fracas do que as forças coulômbicas de atração existente entre dois íons, e conseqüentemente a energia de ligação de cristais moleculares é relativamente pequena, uma vez que é necessário tão
pouca energia para separar as moléculas, estescristais tentem a ser mais voláteis e ter pontos de fusão e ebulição mais baixos. A magnitude das forças de van der Waals pode variar consideravelmente, dependendo do número de elétrons e da polaridade das moléculas. Como consequência, mesmo que um sólido volátil possa ser um cristal molecular, nem todos os cristais moleculares são voláteis.
 Cristais moleculares geralmente tendem a ser moles, compressíveis e facilmente distorcíveis. Estas propriedades também são uma consequência das forças intermoleculares relativamente fracas e de sua natureza não direcional. Isto é, todas as moléculas apolares se atraem umas as outras com uma magnitude que não é muito sensível à orientação molecular. Assim, dois planos de um cristal molecular podem passar um pelo outro, sem que ocorra significativa diminuição das forças de atração entre eles. Uma vez que a energia das posições intermediárias não é muito maior do que aquelas das posições estáveis, a deformação requer pouco gasto de energia.
 Sólidos moleculares geralmente são bons isolantes elétricos. As próprias moléculas não possuem carga efetiva e, portanto, não podem conduzir eletricidade. Além disso, a própria existência de moléculas discretas implica que os elétrons tendem a estar localizados em torno de um conjunto específico de núcleos. Consequentemente, não há partículas carregadas, nem íons ou elétrons, que estejam livres para se movimentar num campo elétrico e conduzir eletricidade. 
Sólidos de Rede Covalente
 São mantidos por ligações covalentes fortes, que formam uma rede que se estende por todo o cristal, ligações essas que fazem com que tais sólidos sema materiais rígidos e muito duros, com ponto de ebulição e fusão muito elevado. O exemplo mais familiar é o cristal de diamante, em que cada átomo de carbono é covalente ligado (por ligações sigma hibridas sp3) a quatro outros átomos. E como resultado tem-se uma rede tridimensional, rígida que permite a ligação de cada átomo com todos os outros e assim, o cristal inteiro é uma única molécula.
 A grafita é outra forma alotrópica do carbono. É constituída por grandes folhas planas de átomos de carbono com ligações covalentes, formando configurações hexagonais. As folhas ficam umas sobre as outras. Uma delas pode ser descrita sob uma formula de ressonância e outra por deslocamento das duplas ligações. Isto significa que os elétrons ¶ estão deslocados nos planos dos átomos de carbono. 
Sólidos iônicos
 Consistem em íons mantidos juntos por ligações iônicas. As unidades do retículo que repetem são fragmentos carregados positivo e negativamente, arranjados de tal modo que a energia potencial dos íons nas posições reticulares é mais baixa do que quando os íons estão infinitamente separados. Um dos casos mais comuns é o que ocorre no NaCl, vale salientar que, cada íon de um dado sinal ocupa uma posição equivalente no retículo, e que não existem grupos discretos de átomos ou moléculas no cristal. Assim, cada íon de um dado sinal é ligado por força coulômbica a todos os íons de sinal oposto no cristal. A energia de coesão, ou quantidade de energia necessária para evaporar alguns cristais iônicos típicos com a separação de seus íons, é da ordem de 1000 Kj mol-1. Esta é uma energia de ligação relativamente grande; ela é responsável pelo fato de os cristais iônicos terem uma pressão de vapor pequena, tendendo a zero, à temperatura ambiente, e fundirem e entrarem em ebulição somente a temperaturas relativamente altas.
 No que tange à suas propriedades, os sólidos iônicos tendem em geral a ser duros e quebradiços, são isolantes elétricos a baixas temperaturas e se fundirem, são bons condutores e possuem um alto ponto de fusão. 
Referências bibliográficas
BROWN, Theodore; LEMAY, H. Eugene; BURSTEN, Bruce E. – Química A Ciência Central (9ª. Edição) – Pearson – Cap. 11– Forças Intermoleculares; Líquidos e Sólidos
EBBING, Darrell D. – Química Geral, Volume 01 (5ª. Edição ) –LTC – Cap.11 – Estados da Matéria; Líquidos e Sólidos. 
ATKINS, P.W.; JONES, Loretta. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente.( 3ª. Edição) Porto Alegre: Bookman, 2006. –Cap.5 – Líquidos e Sólidos
MAHAN, Bruce M. & MYERS, Rollie J. Química, um curso universitário (4ª. Edição) Traduzido por: Koiti Araki; Denise de Oliveira Silva; Flávio Massao Matsumoto. São Paulo: Edgard Blücher, 1995. –Cap.20 – As Propiedades dos Sólidos 
Anexos
Células unitárias 
 
Sólidos metálicos: 
Sólidos Iônicos
Sólidos covalentes