gqi 00042 & gqi 00048 aula 11

QUÍMICA GERAL

Escola de Engenharia Industrial Metalúrgica Universidade Federal Fluminense

Volta Redonda - RJ

Prof. Dr. Ednilsom Orestes 25/04/2016 – 06/08/2016 AULA 11

ESTRUTURA DOS LíQUIDOS

UNIDAS POR FORÇAS INTERMOLECULARES MAS EM MOVIMENTO.

TROCA CONSTANTE DE LUGAR – MULTIDÃO.

ORDEM DE CURTO ALCANCE.

CAMADAS DE SOLVATAÇÃO (HIDRATAÇÃO).

FUSÃO H2O – 10% LIGAÇÕES DE HIDROGÊNIO SÃO DESFEITAS.

RESISTÊNCIA AO ESCOAMENTO - INDICA INTENSIDADE DAS FORÇAS INTERMOLECULARES.

VISCOSIDADE ÁGUA > BENZENO (LIG. DE HIDROGÊNIO) e VISCOSIDADE GLICEROL >> ÁGUA (LIG. DE HIDROGÊNIO & MOBILIDADE – ENOVELAMENTO).

DIMINUI COM AUMENTO DA TEMPERATURA, VISCOSIDADE ÁGUA (100°C) = VISCOSIDADE ÁGUA (0°C) / 6.

ENTRELAÇAMENTO DE CADEIAS LONGAS e APOLARES DE HIDROCARBONETOS (LONDON).

GASOLINA

ÓLEO

GASOLINA

ÓLEO

MEDIDA DAS FORÇAS INTERMOLECULARES – ALTERAM EMPUXO. Tensão H2O ~ 3x demais líquidos (ligações de hidrogênio). Tensão Hg ~ 6x demais líquidos (ligações c/ caráter covalente).

FORMA DA GOTA – TENSÃO INDUZ COMPACTAÇÃO MÁXIMA.

DIMINUI C/ AUMENTO TEMPERATURA (INTERAÇÃO vs MOVIMENTAÇÃO).

INTERAÇÃO H2O COM OUTROS MATERIAIS DIZ SE A ÁGUA “MOLHA”. INTERAÇÃO H2O COM CERA É BAIXA. INTERAÇÃO H2O COM MADEIRA É ALTA.

AÇÃO CAPILAR – MENISCO

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ESTRUTURA DOS SÓLIDOS

TEMPERATURA BAIXA IMOBILIZA OS ÁTOMOS, ÍONS OU MOLÉCULAS.

TIPO DE INTERAÇÃO DETERMINA NATUREZA DO SÓLIDO.

RELAÇÃO ENTRE ESTRUTURA E PROPRIEDADES.

AMORFO: ARRANJO DESORDENADO (MANTEIGA,

BORRACHA E VIDRO – LÍQUIDO CONGELADO REPENTINAMENTE).

CRISTALINO: ORDEM DE LONGO ALCANCE, ÂNGULOS E FACES.

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CLASSIFICAÇÃO: SÓLIDOS MOLECULARES: CONJUNTOS DE MOLÉCULAS DISCRETAS MANTIDAS EM SUAS POSIÇÕES POR FORÇAS INTERMOLECULARES. SÓLIDOS RETICULARES: CONJUNTO DE ÁTOMOS COVALENTEMENTE LIGADOS AO LONGO DE TODO O SÓLIDO. SÓLIDOS METÁLICOS (METAIS): CONJUNTO DE CÁTIONS UNIDOS POR UM “MAR” DE ELÉTRONS. SÓLIDOS IÔNICOS: CONJUNTO DE CÁTIONS E ÂNIONS UNIDOS PELA ATRAÇÃO ENTRE ELES.

SÓLIDOS MOLECULARES

PROPRIEDADES DEPENDEM DAS FORÇAS INTERMOLECULARES.

PONTO DE FUSÃO RELATIVAMENTE BAIXO.

AMORFOS: HIDROCARBONETOS DE CADEIA

LONGA – MACIOS (MANTEIGA, PARAFINA, GRAXA).

CRISTALINOS: RÍGIDOS E QUEBRADIÇOS DEVIDO AS

FORÇAS INTERMOLECULARES MAIS FORTES (SACAROSE; −𝐎𝐇, PF=184°C)

SÓLIDOS MOLECULARES

GELO: Cada Oxigênio está ligado 4 Hidrogênios.

(2 ligações σ e 2 ligação hidrogênio)

H2O(l) = 1,00 g.cm-3 e H2O(s) = 0,92 g.cm-3

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FORMAS VARIADAS INDUZEM

EMPACOTAMENTO VARIADO

ÁGUA vs BENZENO E CO2.

(London)

SÓLIDOS RETICULARES

LIGAÇÕES COVALENTES ENTRE ÁTOMOS.

MATERIAIS RÍGIDOS COM PONTO DE FUSÃO MUITO ALTO.

DIAMANTE (C sp3) E GRAFITE (LÂMINAS C sp2): ALÓTROPOS.

MATERIAIS CERÂMICOS – ÓXIDOS, SILÍCIO E QUARTZO.

RESISTENTES, ESTÁVEIS E QUEBRADIÇOS. ©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W.

Atkins and L. L. Jones

CÁTIONS LIGADOS POR “MAR” DE

ELÉTRONS, SÓDIO METÁLICO.

ESTRUTURA DE EMPACOTAMENTO

COMPACTO.

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SÓLIDOS METÁLICOS

ESTRUTURA HEXAGONAL DE EMPACOTAMENTO:

ABABAB... (hcp), Mg e Zn. Número coordenação = 12.

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ESTRUTURA CÚBICA DE EMPACOTAMENTO:

ABCABC... (ccp), Al, Cu, Ag e Au. No. coordenação = 12.

ESTRUTURA DE MENOR ENERGIA É PREFERIDA

(ESTRUTURA ELETRÔNICA).

OBS: EM QUALQUER CASO, APENAS FRAÇÃO DO

CUBO É PREENCHIDA. Qual?

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Por que alguns metais preferem empacotamento hexagonal e outros cúbico se o no. de coordenação é o mesmo?

ESTRUTURA DE MENOR ENERGIA É PREFERIDA

(ESTRUTURA ELETRÔNICA). OBS: EM QUALQUER CASO, APENAS FRAÇÃO DO CUBO É PREENCHIDA. Qual?

ccp:

(8 vértices x 1/8 de esfera) + (6

faces x 1/2 de esfera).

Se a medida de cada vértice =

a, então a2 + a2 = 2a2 = (4r)2.

Portanto, 𝒂 = 𝟖𝟏/𝟐𝒓 e o volume

do cubo 𝒂𝟑 = 𝟖𝟑/𝟐𝒓.

Como o volume de cada átomo

é 𝟒

𝟑𝝅𝒓𝟑, a fração do volume do

cubo ocupado por átomos é: 𝟏𝟔𝟑

𝝅𝒓𝟑

𝟖𝟑/𝟐𝒓𝟑= 𝟎, 𝟕𝟒

©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins and L. L. Jones NÃO CAI NA PROVA

SE DEPRESSA O ENTRE TRÊS ATOMOS FOR COBERTA:

BURACO TETRAE DRICO.

4 átomos nos vértices de um tetraedro regular.

2 buracos tetraédricos por átomo em um retículo.

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SE DEPRESSÕES COINCIDEM:

BURACO OCTAEDRICO.

6 átomos nos vértices de um

octaedro regular.

1 buraco octaédrico para

cada átomo em um retículo.

CÉLULAS UNITÁRIAS

MENOR UNIDADE DE REPETIÇÃO EM UM CRISTAL.

ESTRUTURA CÚBICA DE FACE CENTRADA (fcc).

Um átomo no centro de cada face do cubo.

ESTRUTURA CÚBICA DE CORPO CENTRADO (bcc), Fe, Na e K.

Um átomo isolado no centro do cubo.

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ESTRUTURA CÚBICA PRIMITIVA, Po.

Forças covalentes superam empacotamento.

Um átomo em cada vértice. Não é compacto.

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RETÍCULOS DE

BRAVAIS

(14 padrões básicos)

CADA CÉLULA UNITÁRIA

ACOMODA UMA

QUANTIDADE DIFERENTES

DE ÁTOMOS.

DEDUÇÃO ESTRUTURA

ATRAVÉS DA DENSIDADE.

Empacotamento

hexagonal e cúbico são

indistinguíveis (NC = 12)

𝑎2 + 𝑓2 = 𝑏2 = 4𝑟 2 e 𝑓2 = 2𝑎2 (Pitágoras) - 𝑎 =4𝑟

31/2

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A densidade do Cu é 8,93 g/cm3 e o seu raio atômico é 128 pm. É mais

provável que o metal seja (a) cúbico de empacotamento compacto (ccp

ou fcp) ou (b) cúbico de corpo centrado (bcc)?

Calcular densidade do Cu em ccp e

bcc pela relação entre raio e aresta!

4 a tomos na celula ccp , então

massa = 4 x massa do a tomo (M/NA).

A densidade, d, e, portanto,

𝒅 =𝒎

𝒂𝟑=

𝟒𝑴𝑵𝑨

𝟖𝟏/𝟐𝒓 𝟑=

𝟒𝑴

𝟖𝟑/𝟐𝑵𝑨𝒓𝟑

𝒅 =𝟒 × 𝟔𝟑, 𝟓𝟓 𝐠 ∙ 𝐦𝐨𝐥−𝟏

𝟖𝟑/𝟐 × 𝟔, 𝟎𝟐 × 𝟏𝟎𝟐𝟑𝐦𝐨𝐥−𝟏 × 𝟏, 𝟐𝟖 × 𝟏𝟎−𝟖𝐜𝐦 𝟑= 𝟖, 𝟗𝟎 𝐠/𝐜𝐦𝟑

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Temos 2 átomos na célula bcc , então massa = 2 x massa do átomo

(M/NA). A densidade, d, e, portanto,

𝒅 =𝒎

𝒂𝟑=

𝟐𝑴𝑵𝑨

𝟒𝒓𝟑𝟏/𝟐

𝟑=

𝟑𝟑/𝟐𝑴

𝟑𝟐𝑵𝑨𝒓𝟑

𝒅 =𝟑𝟑/𝟐 × 𝟔𝟑, 𝟓𝟓 𝐠 ∙ 𝐦𝐨𝐥−𝟏

𝟑𝟐 × 𝟔, 𝟎𝟐 × 𝟏𝟎𝟐𝟑𝐦𝐨𝐥−𝟏 × 𝟏, 𝟐𝟖 × 𝟏𝟎−𝟖𝐜𝐦 𝟑= 𝟖, 𝟏𝟕 𝐠/𝐜𝐦𝟑

Fazer para a Ag (144 pm e 10,5 g/cm3). [Resposta: ccp].

Fazer para o Fe (124 pm e 7,87 g/cm3).

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ESTRUTURAS IÔNICAS

EMPACOTAMENTO ÍONS (CARGA E RAIO

DIFERENTES).

ÂNIONS FORMAM BURACOS OCUPADOS PELOS

CÁTIONS.

ESTRUTURA DE SAL-GEMA. Coordenação –(6,6).

NaCl, KBr, RbI, CaO, AgCl e etc.

ÂNIONS E CÁTIONS COM RAIOS MUITO

DIFERENTES.

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𝝆 =𝐫𝐚𝐢𝐨 𝐝𝐨 𝐦𝐞𝐧𝐨𝐫 í𝐨𝐧

𝐫𝐚𝐢𝐨 𝐝𝐨 𝐦𝐚𝐢𝐨𝐫 í𝐨𝐧=

𝐫𝐦𝐞𝐧𝐨𝐫

𝐫𝐦𝐚𝐢𝐨𝐫

• SE 𝟎, 𝟒 ≲ 𝝆 ≲ 𝟎, 𝟕 SAL-GEMA.

MgO (Mg = 72 pm e O = 140 pm).

• SE 𝒓𝐦𝐞𝐧𝐨𝐫 ∼ 𝐫𝐦𝐚𝐢𝐨𝐫 𝐞𝐧𝐭ã𝐨 𝝆 > 𝟎, 𝟕; Coordenação – (8,8).

CsCl (Cs = 167 pm e Cl = 181 pm) – CsBr, CsI, TlCl, TlBr e etc.

• SE 𝝆 < 𝟎, 𝟒; Coordenação – (4,4).

ZnS.

• HÁ EXCEÇÕES!

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CRISTAIS LÍQUIDOS

MESOFASE: VISCOSO E MODERADAMENTE

ORDENADO.

FORMA DAS MOLÉCULAS INDUZ AO

EMPACOTAMENTO.

PROPRIEDADES ANISOTRÓPICAS.

FASE NEMÁTICA: ATRASO.

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CRISTAIS LÍQUIDOS

MESOFASE: VISCOSO E MODERADAMENTE

ORDENADO.

FORMA DAS MOLÉCULAS INDUZ AO

EMPACOTAMENTO.

PROPRIEDADES ANISOTRÓPICAS.

FASE NEMÁTICA: ATRASO.

FASE ESMÉTICA: ALINHAMENTO.

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CRISTAIS LÍQUIDOS

MESOFASE: VISCOSO E MODERADAMENTE

ORDENADO.

FORMA DAS MOLÉCULAS INDUZ AO

EMPACOTAMENTO.

PROPRIEDADES ANISOTRÓPICAS.

FASE NEMÁTICA: ATRASO.

FASE ESMÉTICA: ALINHAMENTO.

FASE COLESTÉRICA: CAMADAS DIFERENTES

DIREÇÕES.

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CRISTAIS LÍQUIDOS

TERMOTRÓPICOS: FASE ENTRE SÓLIDO E LÍQUIDO.

LIOTRÓPICOS: MICELAS E PAREDES LIPÍDICAS.

LÍQUIDOS IÔNICOS

ÂNION INORG. PEQUENO + CÁTION ORGÂNICO GRANDE.

CÁTION: ASSIMÉTRICO C/ REGIÃO APOLAR.

Dificulta cristalização.

VANTAGENS:

BAIXA PRESSÃO VAPOR.

BAIXA INFRAMABILIDADE.

BAIXA TOXICIDADE.

DISSOLVE ORGÂNICOS

E INORGÂNICOS.

RECICLÁVEL.

DESIGN FLEXÍVEL.

BF4−