2. Qui mica Estado So lido 2012 2

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UNIVASF Disciplina: Geologia Aplicada a Solos 
Aula: Química do Estado Sólido Profª Carmem S. Miranda Masutti 
 
 
FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO 
ENGENHARIA AGRÍCOLA E AMBIENTAL 
ENGENHARIA CIVIL 
 
Assunto: Química do Estado Sólido 
• Estados de agregação: 
– Gasoso: ausência de manutenção da forma e volume; compressível 
– Líquido: manutenção de volume, não da forma; quase incompressível 
– Sólido: praticamente incompressível; mantém volume e forma; forma cristais; lenta 
difusão 
– 
• Matéria: massa, espaço e constituição 
– Eletrosfera: comportamento do átomo (reações) 
 
• Distribuição dos elétrons ou estado energético: 
– Grupo IV: comportamento diferente do previsível 
 6C: K (1s2), L (2s2, 2p2) 
 14Si: K (1s2), L (2s2, 2p6), M (3s2, 3p2) 
 
 
 
– Ligação divalente x ligação tetravalente (hibridização): estado excitado compensado 
por ligações covalentes com outros átomos. 
 14Si: K (1s2), L (2s2, 2p6), M (3s1, 3px1 3py1 3pz1) - sp3 
 
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– 
– 
 
– Unidade fundamental dos silicatos: (SiO4)4- 
 
 
• Ligações químicas: conferem propriedades aos minerais 
– Ligação iônica: 
• Transferência de elétrons (cátions e ânions) 
• Atração eletrostática 
• Intensidade: carga total e espaçamento centro a centro 
• S2- r = 1,85 Å; S0 r = 1,04 Å; S4+ r = 0,37 Å; S6+ r = 0,30 Å 
aumento da intensidade de ligação è 
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• Força de atração x solubilidade: menor atração, mais solúvel 
 
• Intensidade de ligação x temperatura de fusão 
 
Compostos Distância (A) Ponto de fusão (oC) 
Naf 2,31 980 - 997 
NaCl 2,81 801 
NaBr 2,97 755 
NaI 3,23 651 
 
• Distância x dureza 
 
Compostos Distância (A) Dureza (Mohs) 
BeO 1,65 9,0 
MgO 2,10 6,5 
CaO 2,40 4,5 
SrO 2,57 3,5 
BaO 2,77 3,3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Estrutura de cristais: 
» poliedro de coordenação - cada íon coordena tantos íons de 
carga oposta quanto seu tamanho permitir; cátion (centro) e 
ânion (coordenado) 
» número de coordenação: número de ânions em torno do 
cátion; função da razão de raios = rcátion / rânion 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Íon Elétrons Raio (A) 
Li+ 3 0,60 
Na+ 11 0,95 
K+ 19 1,33 
Rb+ 37 1,48 
Cs+ 55 1,69 
Coordenação 
Cela Unitária 
 
Razão de 
raios 
 
No. de ânions nos 
vértices 
 
Cúbica 0,732 - 1,000 8 
Octaédrica 0,414 - 0,732 6 
Tetraédrica 0,225 - 0,414 4 
Triangular 0,155 - 0,225 3 
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– Ligação covalente: 
• Emparelhamento de elétrons: superposição de orbitais 
• Ligação forte: insolubilidade, altos pontos de fusão e ebulição 
• Origem da união covalente: energia da camada externa não usada para ligação 
eletrostática 
• Tipo de ligação: diferença de eletronegatividade (tendência de atrair elétrons) 
• Exemplos: F2 (ΔEletron. = 0) e NaF (ΔEletron. = 4,0 - 0,9 = 3,1) 
• Tabela: esquerda para a direita e baixo para cima 
• Ocorrência: átomos iguais ou próximos na tabela 
• Minerais abundantes: Si, Al, O e Ca ou até mais de 4 elementos 
• Ligação nos minerais: iônica numa direção e covalente em outra (resistência 
variada - Cristalografia) 
• SiO4: 40% iônica e 60% covalente 
 
– Ligação metálica: 
• Nuvem de elétrons livres: neutralização momentânea 
• Características comuns dos metais: brilho (reflexão da luz), alta 
condutibilidade, alta maleabilidade e baixos pontos de fusão e ebulição 
• Ocorrência: só entre metais; covalente - entre os não-metais; e iônica - entre 
um metal e um não-metal 
• Pb: anteparo de radiação (metal pesado, com eletrosfera densa - colisão da 
energia irradiada com elétrons de Pb barram a entrada da radiação) 
 
– Ligação Van der Waals: união de moléculas neutras ou cargas residuais de superfície: 
baixa intensidade 
• Origem: formação de dipolo (núcleo assimétrico em relação à eletrosfera) 
• Ocorrência: em todos os sólidos; gases no estado sólido; gera zonas de 
fraqueza no mineral (grafite) 
– 
– 
 
 
 
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• Variação na composição dos minerais: 
– Estrutura mineral: raramente perfeita 
• arranjo de esferas 
• tamanho x carga: carga pode ser compensada 
– Substituição iônica é regra na natureza 
• minerais 
• seres vivos: toxidez 
• nutrição mineral de plantas: equilíbrio de quantidades 
– Exemplos de substituição: tabela 
• Si4+ por Al3+: 0,42 e 0,51 Å 
• Fe3+ por Al3+: 0,64 e 0,51 Å 
– Variação na composição mineral: competição nos processos de formação (solidificação, 
precipitação, condensação e difusão) 
– Substituição iônica: substituição na estrutura 
• tamanho: diferença entre íons <15% 
– Al3+ ocupa tetraedro e octaedro 
– íon muito pequeno não ocupa espaço maior: desequilíbrio na posição 
(Si4+ no octaedro) 
• temperatura: alta, menos exigente (K-feldspato com alta [Ca2+]) 
• carga: Ca2+ por Na+ e Al3+ por Si4+ (neutralidade elétrica) 
• feldspatos calco-sódicos (plagioclásios): série isomórfica; mesma forma 
cristalina; diferença no microscópio 
• Solução sólida: 
• substituição nos dois sentidos e em proporções variadas 
• membros extremos: puros 
• membros intermediários: soluções homogêneas de um mineral no outro 
• exemplo: anortita (CaAl2Si2O8) e albita (NaAlSi3O8) 
– Isomorfismo: 
• mesma forma externa 
• substituição iônica completa 
• exemplo: 
– Fe2+ - MgCO3 (magnesita) 
– Mg2+ - FeCO3 (siderita) 
– Exsolução (desmituração): 
• segregação: crescimento de íons rejeitados num cristal desordenado 
• separação de um mineral dentro de outro: temperaturas altas x resfriamento 
• exemplo de intercrescimentos (pertitas): Na-feldspato no K-feldspato 
– Pseudomorfismo: 
• alteração da estrutura interna: forma externa inalterada 
• exemplo: pirita (ouro de tolo) muda para limonita e continua com aparência de 
pirita 
– pseudomorfo de limonita sobre a pirita 
– Polimorfismo: 
• mesma composição, propriedades diferentes 
 
Substância Mineral Dureza Densidade 
C diamante 10 3,5 
 grafita 1 2,5 
FeS2 pirita 6 5,0 
 marcassita 6 4,85 
CaCO3 calcita 3 2,71 
 aragonita 3,5 2,95 
 
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• Estado sólido: mais organizado 
– Elemento químico: posição definida na estrutura 
– Cristalografia (ramo da Mineralogia): estudo de cristais - forma geométrica definida 
(espaço disponível) 
– Material cristalino x amorfo: arranjo interno tridimensional (difração de raios X em 
padrão regular)