Estruturas cristalinas Prof. Paulo A. Suzuki - EEL - USP

Fatores que afetam as distâncias atômicas:

tipos de ligação

valência iônica

Ex: r(Fe2+)=0,074 nm, r(Fe3+)=0,064 nm

número de coordenação

temperatura

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Tipos de ligação

Iônica

Covalente

Metálica

Molecular

Ligações de hidrogênio

Ex: NaCl, CsCl,...

Ex: SiC, ZnS,...

Ex: Na, Cu, Fe,...

Ex: He, Ar, Ne, Xe,...

Ex: H2O (gelo),...

tipos: I-VII II-VI III-V

H possui alto potencial de ionização Ei = 13,6 eV

coordenação

empacotamento eficiente Nc 6

empacotamento pobre Nc < 4

empacotamento eficiente Nc 6

frequentemente Nc = 12

Nc = 12 (FCC)

transferência eletrônica

compartilhamento eletrônico

mobilidade eletrônica

orientação eletrônica

Fracas (van der Waals)

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tipos de ligação E (kJ/mol)

Iônica 150 – 370

Covalente 125 – 300

Metálica 25 – 300

Van der Waals < 20

Energia de ligação

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custo energético

+ 5,14 eV Na + e

e + Cl + 3,61 eV

+ + 7,9 eV

(energia de ionização)

(afinidade eletrônica)

(energia de coesão)

Na+

Cl

Na+ Cl Na+ Cl

energia de um cristal: 7,9 + 3,61 5,14 = 6,37 eV menor

energia absorvida energia liberada

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NC razão r/R geometria

2 0 a 0,155

3 0,155 a 0,225

4 0,225 a 0,414 tetraedro

6 0,414 a 0,732 octaedro

8 0,732 a 1 cubo

12 1 cubo octaedro ou prisma hexagonal

razão r/R

só elementos

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Exemplos:

SiO2: 𝑟

𝑅=0,042

0,132= 0,32 CN = 4

MgO: 𝑟

𝑅=0,066

0,132= 0,50 CN = 6

TiO2: 𝑟

𝑅=0,068

0,132= 0,51 CN = 6

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Raios atômicos (iônicos)

valência NC R (nm)

2- 8 0,144

2- 6 0,140

2- 4 0,127

2- 2 0,114

covalente simples 0,075

covalente dupla 0,065

oxigênio

alumínio

valência NC R (nm)

metal 12 0,1431

3+ 6 0,051

3+ 4 0,046

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Empacotameto atômico

CFC HCP

Modelo de esferas rígidas

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Orbitais atômicos

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caráter iônico - covalente

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Ligações de van der Waals

tipos:

2. Interação de Debye (dipolo induzido) temporário Ex: Ar (0,99 kJ/mol)

3. Forças de London (momento de dipolo permanente ou induzido) moléculas polares Ex: NH3, CH3Cl

Johannes Diderik van der Waals (1837-1923)

físico holandês Nobel de física (1910)

1. Interação de Keeson (pontes de hidrogênio) permanente, 21 kJ/mol C-H, O-H, N-H ligação coulombiana

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Ligações de van der Waals

Dipolos induzidos

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gás Tfusão (K) Tebulição (K)

He 0,96 (26 atm) 4,2

Ne 24 27

Ar 84 87

Kr 116 120

gás (molécula simétrica)

Tfusão (K) Tebulição (K)

H2 14 21

N2 63 78

O2 55 90

CH4 88 145

CCl4 250 349

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Ex: PVC

Ligações de van der Waals

gás (polar) Tfusão (K) Tebulição (K)

NH3 195 240

CH3Cl 113 259

H2O 273 373

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www.its.caltech.edu

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Referências

Howard W. Jaffe. Crystal Chemistry and Refractivity. Dover

(1996).

CRC Handbook

Donald R. Askeland e Pradeep P. Phulé. Ciência e Engenharia dos

Materiais. Cengage (2008).

Linus Pauling. The nature of the chemical bond. Cornell University.

(1960).