2014828_183532_3-Estrutura+Sólidos

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QUÍMICA GERAL 
ESTRUTURA CRISTALINA DOS SÓLIDOS
SÓLIDOS CRISTALINOS
INTRODUÇÃO
 Sólido é uma substância que apresenta suas partículas constituintes dispostas num arranjo interno regularmente ordenado.
 Sólido cristalino é um sólido verdadeiro
 A propriedade dos sólidos serem incompressíveis é uma consequência direta da falta de espaços vazios neste estado da matéria.
 Uma outra propriedade dos sólidos é sua capacidade em produzir aquelas formas tão bonitas, os cristais, que são muito importantes na elucidação da estrutura e da geometria no estado sólido.
 
SOLIDOS AMORFOS
 Um típico sólido amorfo tem volume e forma fixa, não apresenta faces cristalinas e sua estrutura interna apresenta pouca regularidade.
 O solido amorfo é semelhante ao líquido que foi super-resfriado, bem abaixo do seu ponto de congelamento, imitando assim, um sólido verdadeiro.
 Um exemplo comum de sólido amorfo é o vidro, que tem estrutura interna irregular.
PROPRIEDADES GERAIS DOS SÓLIDOS
- O volume de um sólido muda pouco quando sua temperatura varia, ou seja, o coeficiente de expansão térmica de qualquer sólido é muito pequeno comparado com o de um gás.
- Variações de pressão também afetam muito pouco o volume de um sólido.
- Os sólidos são substâncias muito rígidas, que são constituídas de partículas (átomos, íons ou moléculas)muito próximas uma das outras e ligadas fortemente entre si, ou seja, uma estrutura extremamente compacta, na qual as partículas estão fortemente interligadas. 
CRISTAIS 
Uma das características mais notáveis dos sólidos é sua ocorrência como cristais. Foram encontrados na crosta terrestre cristais de alguns minérios de vários decímetros de comprimento. Muitos cristais grandes foram obtidos em laboratório (por uma evaporação lenta de uma solução aquosa deste composto.
Exemplo de cristais:
Cristais de quartzo, SiO2
ESTRUTURA DE CRISTAIS
O crescimento extremamente lento num meio uniforme é necessário para a obtenção de cristais grandes e perfeitamente formados. Como esta condição não são geralmente atingidas, é comum obter cristais que apesentam distorções, favorecendo o crescimento mais rápido em certas direções que em outras.
As impurezas afetam a forma de um cristal, por exemplo, cristais de NaCl formam cristais de estrutura cubica, mas se for contaminado com uréia CO(NH2)2 forma cristais octaédricos.
Mas o principal que vamos estudar a partir de agora é a estrutura interna dos cristais.
DIFRAÇÃO DE RAIO X
A difração de raio X é uma técnica com grandes recursos, que permite calcular o espaçamento inter-atômico em um cristal, e assim, a estrutura cristalina do mesmo pode ser deduzida. Método de Laue.
O mecanismo da difração
Os raios X são difratados por um cristal porque os elétrons dos seus átomos absorvem a radiação e reemitem em algumas direções, sendo possível de medir o ângulo de difração, sedo possível de calcular a distância (posições) entre átomos em um retículo cristalino.
O RETÍCULO CRISTALINO
Um sólido é caracterizado pelo arranjo ordenado tridimensional de seus átomos, o retículo cristalino, ou seja é um retículo espacial de partículas, que se repetem periodicamente em três dimensões, até os limites físicos de cada cristal. 
A primeira figura mostra um retículo espacial, e a outra um retículo cristalino. 
A CELA UNITÁRIA
- É uma pequena fração do retículo cristalino que pode ser usada para gerar ou construir o retículo inteiro, movendo-se de acordo com certas regras.
- A repetição da cela unitária no plano forma uma rede.
A CELA UNITÁRIA
Agora vamos considerar uma estrutura em três dimensões, onde é possível a formação de três células unitárias cubicas: 
Cubico simples
Cúbico de corpo centrado
Cúbico de face centrada
CELULA UNITÁRIA
EMPACOTAMENTO DENSO
O arranjo dos átomos no retículo cristalino é o empacotamento denso, que significa que a eficiência do empacotamento é a máxima possível. 
A eficiência de empacotamento mede a capacidade com que as esferas preenchem os espaços quando são aglomeradas em uma dada estrutura.
- Quando esferas idênticas são aglomeradas formam dois tipos: empacotamento quadrado e o empacotamento hexagonal.
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EMPACOTAMENTO DENSO
As esferas de uma camada se acomodam nas depressões localizadas onde três esferas se tocam. Temos dois tipos de empacotamento denso, duas sequencias:
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EMPACOTAMENTO DENSO
A sequencia repetitiva pode ser:
- Empacotamento hexagonal denso, com a sequencia repetitiva ABABABAB....
- Empacotamento cubico denso, com a sequencia repetitiva ABCABCABC....
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CRISTAIS COM ESTRUTURAS DE EMPACOTAMENTO DENSO
 Muitos metais cristalizam em estruturas de empacotamento denso, nos quaiscada átomo ocupam os pontos do retículo:
- Exemplos de metais com Empacotamento hexagonal denso, com a sequencia repetitiva ABABABAB....
Cd, Co, Mg, Ti e Zn, também algumas moléculas H2 
-Exemplo de metais com Empacotamento cubico denso, com a sequencia repetitiva ABCABCABC....
Ag, Al, Ca, Cu, Ni e Pt, também algumas moléculas CH4, HCl, H2S
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DEFEITOS EM CRISTAIS
Um cristal ideal, ou perfeito, apresenta uma estrutura interna perfeita que se expande em três dimensões. O crescimento destes cristais é difícil ou praticamente impossível.
No geral os cristais possuem irregularidades internas chamadas de defeitos de cristal.
- Deslocamento em cunha, onde uma camada de partículas não tem continuidade dentro do cristal
DEFEITOS EM CRISTAIS
- Deslocamento helicoidal, onde uma camada de átomos enrolada ao redor de um eixo que passa através do cristal.
A corrosão de metais ocorre mais rapidamente em metais onde há concentração de deslocamentos.
Excessivos trabalhos a frio tornam um metal frágil devido alta concentração de deslocamentos numa única região.
DEFEITOS EM CRISTAIS
- Defeitos puntuais, onde se tem um vazio ou a ocupação de uma posição intersticial (uma partícula aprisionada entre posições cristalinas). 
Este tipo de defeito pode altera a cor em cristais incolores
SEMICONDUTORES
 Sólidos com defeitos puntuais, onde temos os centros de impurezas, que são átomos íons ou moléculas estranhas em pontos do retículo, originando o fenômeno da semicondutividade.
 Um semicondutor é uma substância cuja a condutividade elétrica aumenta com o aumento da temperatura, pois alguns elétrons são liberados, podendo se movimentar.
 
 Si puro Si puro Um átomo de silício Um átomo de silício 
Baixa temperatura Alta temperatura substituído por arsênio substituído por índio
TIPOS DE SEMICONDUTORES
 O fenômeno da semicondução pode ser provocada ou acentuada, adicionando traços de uma certa substância em outra. Por exemplo a do silício com outros elementos.
- Semicondutor tipo n: onde “n” se refere a negativo, uma vez que elétrons são responsáveis pela semicondutividade. Exemplo, quando o silício é misturado com um pouco de alguns elementos do grupo VA (P, As, Sb ou Bi).
- Semicondutor tipo p: “p” de positivo, onde vazios eletrônicos (lacunas) se movem através do retículo cristalino (movimentação oposta ao do elétron). Exemplo, silício misturado com elementos do grupo IIIA (B, Al, Ga ou In)
* Os semicondutores são preparados adicionando-se baixas e controladas concentrações de impurezas, em outras substâncias.
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DIFERENÇA ENTRE OS SÓLIDOS
- Sólidos Iônicos: constituem em cátions e ânions nos pontos do retículo cristalino.
 
- Sólidos Moleculares: constituem em moléculas que se atraem entre si por meio de forças de Van der waals.
- Sólidos Covalentes: constituem em uma rede tridimensional de átomos ligados entre si por meio de ligações covalentes.
- Sólidos Metálicos: Constituem em cátions envolvidos por uma nuvem de elétrons livres que pertencem a todo o cristal.