Líquidos e Sólidos

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Líquidos e Sólidos 
Aula 7 
Estrutura dos Líquidos 
 
. Os líquidos não têm um movimento totalmente desordenado como o dos gases, mas 
também, não é altamente rígido como os sólidos, ou seja, se encontra num estado 
intermediário. 
. Suas forças de interação intermolecular são ordenadas somente entre as moléculas 
mais próximas, caracterizando uma ordem de curto alcance, diferente dos sólidos, 
onde essa organização se estende por muitas moléculas (ordem de longo alcance). 
Viscosidade 
 
. É a resistência ao escoamento e permite avaliar a energia das forças 
intermoleculares. Quanto maior a viscosidade de um líquido, mais lento é o 
escoamento. 
. Ela surge das forças entre as moléculas: quando as interações intermoleculares são 
fortes, elas mantêm as moléculas unidas e restringem seus movimentos. Por 
exemplo, a água é mais viscosa do que o benzeno, devido as suas inúmeras ligações 
de hidrogênio. 
. Usualmente, a viscosidade diminui quando a temperatura aumenta, pois as 
moléculas possuem mais energia e podem se mover com mais facilidade. 
Viscosidade 
 
. Substância viscosidade (Pa·s) 
Álcool etílico 0,248 × 10−3 
Acetona 0,326 × 10−3 
Metanol 0,597 × 10−3 
Benzeno 0,64 × 10−3 
Água 1,0030 × 10−3 
Nitrobenzeno 2,0 × 10−3 
Mercúrio 17,0 × 10−3 
Ácido sulfúrico 30 × 10−3 
Glicerol 1,485 
Tensão Superficial 
 
. É a medida da resistência do filme que parece cobrir a superfície de um líquido. Em 
outras palavras, é a tendência das moléculas da superfície de serem puxadas 
(empuxo) para o corpo do líquido. Quando maior a tensão superficial, mais resistente 
o filme da superfície parece ser. 
. Quanto mais fortes as interações intermoleculares, mais forte esse empuxo para o 
centro do líquido e mais elevada é, então, a tensão superficial. 
. Devido as inúmeras ligações de hidrogênio, por exemplo, a água possui uma das 
maiores tensões superficiais, que é visivelmente aparente, quando vemos que insetos 
caminham sobre a água. 
Tensão Superficial 
Líquidos 
 
. A água molha, pois a superfície dos materiais com a qual ela interage (papel, 
madeira, etc.), podem substituir algumas das ligações de hidrogênio da água, 
maximizando o contato dela com esses materiais e a espalhando sobre eles. 
. A ação capilar, que é a elevação de líquidos em tubos estreitos, ocorre quando 
existem atrações favoráveis entre as moléculas do líquido e a superfície interna do 
tubo. Essas atrações são forças de adesão, que mantém juntas uma substância e 
uma superfície, diferente das forças de coesão, que unem as moléculas de uma 
substância para formar um material. 
. O menisco de um líquido é a superfície curva que se forma em um tubo estreito, no 
caso da água, por exemplo, pelas forças adesivas entre as moléculas de água e os 
átomos que compõem o vidro. 
O menisco do mercúrio é convexo, 
pois suas moléculas não têm 
interação com os átomos do vidro. 
Sólidos 
Sob um aspecto simples e prático, é dito sólido o estado da matéria onde 
seu volume e forma são bem definidos. Dentro de um sólido, os átomos ou 
moléculas estão relativamente próximos ou “rígidos”. 
2 
Classificação estrutural: 
• Segundo a distribuição espacial 
sólidos podem ser classificados em : 
dos átomos, moléculas ou íons, os 
• Cristalinos: compostos por moléculas, 
de uma forma átomos ou íons arranjados 
periódica em três dinemsões, 
longas distâncias (retículo). 
se repetindo em 
3 
Sólidos 
Sólidos 
 
“Substância que mantém Volume e Forma fixos” ??? 
Sólidos Cristalinos 
 
Substâncias que, em condições específicas, 
apresentam suas entidades constituintes 
(átomos, moléculas ou íons) em arranjos 
regularmente ordenados 
O vidro é um sólido cristalino? 
 
Não, pois não apresenta um arranjo 
ordenado de suas entidades 
constituintes 
 
O vidro é considerado um Sólido Amorfo 
Quartzo 
SiO2 
Vidro 
SiO2 
Classificação estrutural: 
• Amorfos: compostos por moléculas, átomos ou íons que não apresentam uma ordenação de 
longo alcance, mas podem apresentar ordenação de curto alcance. 
4 
Determinação da estrutura cristalina 
Raio X 
Determinação da estrutura cristalina 
Técnica de difração de raios X em monocristal 
Determinação da estrutura cristalina 
- Difratômetro de raios X 
Determinação da estrutura cristalina 
Técnica de difração de raios X em monocristal; 
Classificação quanto as ligações: 
Sólidos iônicos: Rede cristalina formada 
alternadamente positivos e negativos. 
por íons 
• A estabilidade da rede cristalina é mantida 
entre os íons. 
devido à atração eletrostática 
• A condutividade elétrica é muito baixa uma vez que os elétrons estão 
localizados presos aos ânions. Entretanto, em solução ou fundido 
bons condutores. 
se tornam 
• Fisicamente são geralmente duros, frágeis e com elevado 
Fusão e ebulição devido a forte interação entre os cátions e ânions. 
 
Ex: NaCl – Cloreto de Sódio 
ponto de 
8 
Classificação quanto as ligações: 
Sólidos covalentes: Existe o compartilhamento 
pares de elétrons de valência entre os átomos. 
de 
• A estrutura da rede cristalina é definida pela 
covalentes. 
direcionalidade das ligações 
• A condutividade elétrica é praticamente nula uma vez que todos os 
elétrons de valência estão pareados nas ligações covalentes. 
• Fisicamente são extremamente duros, resistentes e difíceis de deformar. 
 
9 
Classificação quanto as ligações: 
Sólidos covalentes: Existe o compartilhamento 
pares de elétrons de valência entre os átomos. 
 
 
Exemplo: Diamante 
de 
Classificação quanto as ligações: 
Sólidos moleculares: São constituídos por 
moléculas apolares onde os elétrons já estão 
emparelhados e não podem efetuar ligações 
intermoleculares. 
• A estrutura da rede cristalina é definida por forças de dipolo induzido 
(London) também presentes nos líquidos e gases. 
• A condutividade elétrica é praticamente nula uma vez que 
elétrons de valência estão pareados nas ligações covalentes. 
todos os 
10 
Classificação quanto as ligações: 
Em alguns sólidos moleculares, pode-se encontrar moléculas 
polares. Um exemplo clássico é o gelo (água sólida). 
11 
Classificação quanto as ligações: 
Sólidos 
metálicos 
metálicos: São constituídos por átomos 
onde os elétrons mais externos estão 
fracamente 
sólido. 
ligados e assim movem-se por todo o 
• Elétrons podem mover-se rapidamente quando um campo 
elétrico é aplicado, sendo então ótimos condutores elétricos. 
• Elétrons livres podem rapidamente transmitir energia 
cinética e assim são bons condutores de calor. 
• Devido a dificuldade de mover camadas de átomos em um 
retículo, os metais tendem a ser duros. Por outro lado, como 
não estão ligados especificamente podem deslisar 
facilmente uns sobre os outros. 
12 
Classificação quanto as ligações: 
Exemplo típico: Ouro 
• Aspecto brilhante, amarelado, de alta densidade 
(19,3 g.cm-3) e significativa inércia química. 
• É extremamente dúctil: Com 1 g de ouro é possível 
obter um fio de 3 km com 0,005 mm de espessura. 
• É extremamente 
possível obter uma 
espessura. 
maleável: Com 1 g de ouro é 
chapa de 70 cm2 com 0,1 μm de 
• Devido a sua inércia química e alta condutividade o 
ouro é utilizado em terminais elétricos de alta precisão 
e complexidade (satélites). 
13 
Ligas metálicas 
Tem-se uma liga metálica quando dois ou mais metais são misturados. 
• Ligas homogêneas: Átomos diferentes distribuidos uniformemente. 
• Ligasheterogêneas: Misturas de fases cristalinas com composições diferentes. 
• Estruturas complexas: Empacotamento 
significativamente diferentes. 
de dois ou mais tipos átomos de raios 
14 
Ligas metálicas 
Elementos do bloco “d” possuem raios similares e assim um átomo podem 
ocupar o lugar de outro na rede cristalina com mínimas distorções 
estruturais no cristal original. 
Liga Substitucional: É obtida quando alguns átomos de um retículo são 
subtituídos por outro de raio atômico que direfe em não mais de 15%. 
• Como existirão pequenas diferenças no tamanho e na estrutura 
eletrônica do átomo inserido, o retículo cristalino é distorcido 
dificultando a passagem de elétrons. A condutividade térmica e 
elétrica caem. 
Exemplo: • Com o retículo distorcido as camadas atômicas tem dificuldade para 
deslizarem entre si. A dureza é aumentada. Cu/Zn – Latão 
128pm/137pm (7%>) 
15 
Ligas metálicas 
Liga Intersticial: É obtida quando alguns átomos com raio atômico pelo 
menos 60% menor que os já presentes no retículo são adicionados entre os 
espaços existentes. 
• Como a diferença no tamanho e na estrutura eletrônica do átomo 
inserido é grande, o retículo cristalino é significativamente distorcido 
dificultando a ainda mais a condutividade térmica e elétrica. 
• A produção de aços a partir de ferro puro é um caso típico onde em 
consequência da adição de átomos de carbono no retículo, a dureza e 
resistência à oxidação é significativamente aumentada. 
Exemplos: 
Fe/C – Aço Fe/N – Aço Fe/C/Cr – Aço inox 
140pm/70pm (50%<) 140pm/65pm (45%<) 140pm/70pm (50%<) /140pm 
16 
Ligas metálicas 
Algumas ligas podem gerar propriedades supreendentes, pois são mais 
macias e maleáveis que os metais na forma pura. 
Ligas Fundentes: Possuem baixo ponto de fusão e são comumente 
empregadas na produção de fusíveis elétricos e na confecção de soldas. 
• Chumbo, bismuto, mercúrio e estanho, são típicos metais fundentes. 
17 
Sólidos Iônicos 
• Os sólidos iônicos possuem um empacotamento compacto e são 
comumente modelados por esferas de raios diferentes e cargas opostas 
(cátion e ânions). 
• Os cristais destes compostos são eletricamente neutros 
espaços 
onde os 
ânions são maiores e cátions (menores) 
entre estas partículas negativas. 
ocupam os restantes 
• A cela unitária deve refletir a 
estequiometria do composto e ela 
própria ser eletricamente neutra. 
Na+ 
102 pm 
Cl- 
181pm 
18 
Sólidos Iônicos 
• A cela unitária representa 
tridimensionalmente. 
a simetria da estrutura cristalina e se repete 
19 
Sólidos Iônicos 
• O número de coordenação corresponde ao número de átomos vizinhos que 
tocam um átomo central. 
uma célula unitária. 
Ele indica quão próximos estes átomos estão dentro de 
NaCl 
N.C. 6 N.C. 6 
N.C. 6 
CsCl 
N.C. 8 
20 
Sólidos Iônicos 
• Sistema cristalino: Consiste na designação dada a 
um grupo de ordenamento espacial pontual regular 
de átomos 
cristalinos. 
ou moléculas. São sete os sistemas 
21 
Sólidos Iônicos 
• Partindo-se dos 7 sistemas cristalinos é possivel identificar 
células unitárias, conhecidas como Redes de Bravais. 
14 tipos diferentes de 
22 
Sólidos Iônicos 
• Sistema cúbico: Os átomos presentes na céla unitária estão organizados 
espacialmente segundo um cubo, onde três 
encontrados. 
tipos de repetição podem ser 
• Sistema cúbico simples (cs): Apenas 1/8 de cada átomo cai dentro da cela 
átomo dentro de si. Esta é uma 
sistema (baixo empacotamento 
unitária, ou seja, a ela possui apenas um único 
razão do 
atômico). 
porque metais não cristalizam nesse 
Número de coordenação: 
N.C.= 6 (Ex. Po) 
23 
Sólidos Iônicos 
• O parâmetro de rede (a) define a cela unitária e, sendo assim, indica a menor 
subdivisão de uma rede cristalina que conserva todas as 
de um retículo cristalino. 
informações estruturais 
• Para o sistema cúbico simples (cs) o parâmetro a = 
de rede e “r” é o raio atômico da espécie em questão. 
2r, onde “a” é o parâmetro 
r 
a 
24 
Sólidos Iônicos 
• O fator de empacotamento (FE) define a fração de espaço da cela unitária 
ocupada por átomos. É a razão entre o produto do número de átomos presentes 
(na) pelo volume destes (Va) e o volume da cela unitária 
na × Va 
(Vcela.). 
FE = 
Vcela 
Consideração: 
perfeitas. 
Para efeito de cálculos, os átomos são considerados esferas 
• Cálculo do FE para o sistema cúbico simples 
na 
Va 
= 1 
= 4/3(πr3) 
1 × (4/3)πr3 
(2r)3 
1 × (4/3)π 
8 
= 0,52 FE = = 
a3 = (2r)3 Vcela = 
25 
Sólidos Iônicos 
• Sistema cúbico de corpo centrado (ccc): 1/8 de cada átomo dos vértices cai 
dentro da cela unitária somado 
dois átomos dentro de si. 
a um átomo central inteiro, ou seja, a cela possui 
Número de coordenação: 
N.C.= 8 
• Metais como ferro, cromo e tungstênio cristalizam nesta forma. 
26 
Sólidos Iônicos 
Para o sistema cúbico de corpo centrado o fator a = 4r/(3)½, 
parâmetro de rede e “r” é o raio atômico da espécie em questão. 
• onde “a” é o 
• Cálculo do FE para o sistema cúbico de corpo centrado 
na 
Va 
= 2 
= 4/3(πr3) 
2 × (4/3)πr3 
(4r/(3)½)3 
π(3)½ 
= 0,68 FE = = 
8 
a3 = (4r/(3)½)3 Vcela = 
27 
Sólidos Iônicos 
• Sistema cúbico de face centrada (cfc): 1/8 de cada átomo dos vértices junto 
com mais 6 metades que ocupam as faces do cubo 
unitária, ou seja, existem 4 átomos no seu interior. 
estão no interior da cela 
Número de coordenação: 
N.C.= 12 
• É o empacotamento mais comum entre os metais. 
Ni, etc… 
Exemplos: Al, Fe, Cu, Pb, Ag, 
28 
Sólidos Iônicos 
Para o sistema cúbico de face centrada (cfc) o fator a = 2r(2)½, 
parâmetro de rede e “r” é o raio atômico da espécie em questão. 
• onde “a é o 
• Cálculo do FE para o sistema cúbico de face centrado 
na 
Va 
= 4 
= 4/3(πr3) 
4 × (4/3)πr3 
(2r(2)½)3 
π 
= 0,74 FE = = 
3(2)½ 
a3 = (2r(2)½)3 Vcela = 
29 
Sólidos Iônicos 
Resumindo os parâmetros do sistema cúbico temos: 
cs ccc cfc 
30 
 
Sistema Átomos Número de Parâmetro de Fator de 
Cristalino por cela coordenação rede (a) empacotamento 
 
cs 1 6 2r 0,52 
 
ccc (bcc) 2 8 4r/(3)½ 0,68 
cfc 4 12 2(2)
½r 0,72 
Sólidos Iônicos 
Raios atômicos e estruturas cristalinas de alguns metais 
31 
Sólidos Iônicos 
Cálculo da densidade de um sólido 
• Uma vez conhecida a estrutura cristalina de um sólido, é possível o cálculo de sua 
densidade segundo a expressão: 
Onde: na é o números de átomos na cela unitária; na × A 
ρ = A é a massa atômica do elemento (g mol-1); 
Vcela × Na 
é o volume da cela unitária (cm3) e Vcela 
Na é o número de Avogadro (6,023×1023 
átomos mol-1). 
32 
Exercícios 
Calcular a densidade do alumínio metálico uma vez que seu raio atômico é 
é 143 pm, sua massa molar 26,98 g mol-1; e seu regime de empacotamento 
do tipo cúbico de face centrada (cfc). 
Parâmetro de cela (a) = 2r(2)½ 
Número de átomos por cela (na) = 4 
a3 Volume da cela (Vcela) = 
Sólidos Iônicos 
Resumindo os parâmetros do sistema cúbico temos: 
cs ccc cfc 
30 
 
Sistema Átomos Númerode Parâmetro de Fator de 
Cristalino por cela coordenação rede (a) empacotamento 
 
cs 1 6 2r 0,52 
 
ccc (bcc) 2 8 4r/(3)½ 0,68 
cfc 4 12 2(2)
½r 0,72 
Exercícios 
Calcular a densidade do alumínio metálico uma vez que seu raio atômico é 
é 143 pm, sua massa molar 26,98 g mol-1; e seu regime de empacotamento 
do tipo cúbico de face centrada (cfc). 
Parâmetro de cela (a) = 2r(2)½ 
Número de átomos por cela (na) = 4 
a3 Volume da cela (Vcela) = 
4 × 26,98 g.mol-1 na × A 
ρ = ρ = 
(6,61×10-23 cm3) × (6,023×1023 mol-1) Vcela × Na 
cm-3 ρ = 2,708 g 
33 
TABELADO 
ρAl = 2,697 g cm
-3 
Exercícios 
O sódio metálico adota uma sistema cristalino do tipo ccc com densidade 
m-3. de 970 kg Qual é o raio atômico do átomo de sódio? 
34 
MMNa = 22,99 g mol 
Resposta = 210 pm ou 210 x10-12 m ou 2,1x10-10 cm 
TABELADO 
Raio atômico – Sódio = 226 pm 
Sólidos Iônicos 
Resumindo os parâmetros do sistema cúbico temos: 
cs ccc cfc 
30 
 
Sistema Átomos Número de Parâmetro de Fator de 
Cristalino por cela coordenação rede (a) empacotamento 
 
cs 1 6 2r 0,52 
 
ccc (bcc) 2 8 4r/(3)½ 0,68 
cfc 4 12 2(2)
½r 0,72 
Exercícios 
34 
Calcule a densidade dos seguintes elementos: 
 
Platina (estrutura cúbica de face centrada e raio atômico = 139 pm) 
MMAg = 107,87 g/mol 
 
 
 
 
 
 
 
Césio (estrutura cúbica de corpo centrado e raio atômico = 272 pm) 
MMCs = 132.91 g/mol 
 
 
 
TABELADO 
ρAg = 10,49 g cm
-3 
TABELADO 
ρCs = 1,87 g cm
-3 
Defeitos Cristalinos 
Defeitos, 
cristalino 
ausência de átomos e átomos fora de ordem dentro de um retículo 
são comuns nos sólidos e sua ocorrência é termodinamicamente 
favorável. Eles podem ser de origem intríseca e/ou extrínseca. 
São defeitos 
extrínsecos 
cristalino. 
intrísecos os que ocorrem em substâncias puras e defeitos 
retículo quando impurezas participam da formação do 
35 
Defeitos Cristalinos 
Defeitos intrínsecos 
• Defeito de Schottky: Ocorre quando é encontrada a ausência de átomos em 
pontos do retículo. No caso de sólidos iônicos 
para que seja mantida a eletroneutralidade. 
tal fato sempre ocorre aos pares 
• Neste caso a estequiometria não é afetada. Ocorre comumente em sólidos iônicos 
e metálicos com sistema cristalino cfc. O alto número de coordenação (12) 
compensa a queda da entalpia do retículo (ΔHret). 
36 
Defeitos Cristalinos 
Defeitos intrínsecos 
• Defeito de Frenkel: É um defeito pontual onde um átomo 
sua posição ideal no retículo para uma posição intersticial. 
ou íon é deslocado de 
• A estequiometria não é afetada. Ocorre comumente em sólidos iônicos onde o 
número de coordenação é baixo. O composto PbF2 é bom exemplo do fenômeno. 
37 
Defeitos Cristalinos 
Defeitos extrínsecos 
• Ocorre quando as anomalias no retículo cristalino são gerados pela dopagem 
deste com um ou mais átomos quimicamente estranhos (impurezas). É 
comumente observada em vários minerais na natureza. 
• A substituição e/ou inserção geralmente ocorre com átomos de raio atômico similar 
aos já presentes no retículo cristalino. Exemplos: pedras preciosas (gemas) 
38 
Defeitos Cristalinos 
Exemplos de algumas gemas e suas cores 
pela cor 
no lugar de íons Al3+ 
Ametista Púpura SiO2 Fe3+ e Fe4+ 
39 
Gema Cor Fómula-mãe Dopante ou efeito responsável 
 
Rubi vermelho Al2O3 Al3+ subst. por Cr3+ 
 
Esmeralda verde Be3Al2(SiO3)6 Al3+ subst. por Cr3+ 
 
Turmalina Verde ou rosa Na3Li3Al6(BO3)3(SiO3)3F4 Li+ e Al3+ subst. por Cr3+ ou Mn2+ 
Tranferência de elétrons entre 
Safira azul Al2O3 Fe2+ e Ti4+ adjacentes presentes 
Incolor, 
Diamante azul-claro C Presença de nitrogênio 
ou amarelo 
Cor baseada na presença de íons 
Defeitos Cristalinos 
Rubi Esmeralda Turmalina 
Safira Diamante 
Ametista 
40