Assinale as alternativas verdadeiras *
A estrutura cúbica de face centrada (FCC) possui átomos nos vértices e no centro das faces da célula unitária.
A densidade dos materiais cristalinos é sempre maior do que a dos materiais amorfos devido à ordenação de suas estruturas.
A estrutura hexagonal compacta apresenta o maior fator de empacotamento entre
as estruturas de materiais metálicos, seguida da cúbica de corpo centrado e da cúbica de face centrada
A temperatura e a pressão não têm influência na formação e estabilidade das estruturas de sólidos cristalinos.
Os polímeros são exemplos de sólidos cristalinos que possuem estruturas altamente ordenadas.
A estrutura cristalina de um material determina suas propriedades físicas e mecânicas.
Na estrutura hexagonal compacta (HCP), os átomos estão dispostos nos vértices e no centro das faces da célula unitária hexagonal.
A difração de raios-X é uma técnica que pode ser usada para determinar a estrutura cristalina de materiais.
Os sólidos cristalinos são compostos por átomos ou íons dispostos de forma ordenada e repetitiva.
Os materiais cristalinos possuem um padrão tridimensional de repetição chamado de célula unitária.
Os materiais cristalinos possuem um padrão tridimensional de repetição chamado de célula unitária.
Passo 1
O que o enunciado pede: assinalar (marcar) as alternativas verdadeiras entre uma lista de afirmações sobre estruturas e propriedades de sólidos cristalinos e materiais relacionados. A lista de afirmações fornecidas é (vou numerar para facilitar a referência nos próximos passos):
- A estrutura cúbica de face centrada (FCC) possui átomos nos vértices e no centro das faces da célula unitária.
- A densidade dos materiais cristalinos é sempre maior do que a dos materiais amorfos devido à ordenação de suas estruturas.
- A estrutura hexagonal compacta apresenta o maior fator de empacotamento entre as estruturas de materiais metálicos, seguida da cúbica de corpo centrado e da cúbica de face centrada.
- A temperatura e a pressão não têm influência na formação e estabilidade das estruturas de sólidos cristalinos.
- Os polímeros são exemplos de sólidos cristalinos que possuem estruturas altamente ordenadas.
- A estrutura cristalina de um material determina suas propriedades físicas e mecânicas.
- Na estrutura hexagonal compacta (HCP), os átomos estão dispostos nos vértices e no centro das faces da célula unitária hexagonal.
- A difração de raios-X é uma técnica que pode ser usada para determinar a estrutura cristalina de materiais.
- Os sólidos cristalinos são compostos por átomos ou íons dispostos de forma ordenada e repetitiva.
- Os materiais cristalinos possuem um padrão tridimensional de repetição chamado de célula unitária.
Vou agora explicar passo a passo os conceitos necessários para avaliar cada afirmação e, ao final, indicar quais são verdadeiras.
Passo 2
Analisando a afirmação 1 (FCC): o que é a estrutura cúbica de face centrada?
- Definição e posições atômicas: na célula unitária cúbica de face centrada há átomos localizados nos oito vértices do cubo e em cada uma das seis faces (um átomo no centro de cada face).
- Quantidade de átomos por célula unitária: cada vértice contribui com
de átomo para a célula e há 8 vértices . Cada face contribui com e há 6 faces . Soma total átomos por célula. - Coordenação e empacotamento: a coordenação (número de vizinhos mais próximos) é
e o fator de empacotamento atômico (APF) é .
Conclusão sobre a afirmação 1: a descrição “átomos nos vértices e no centro das faces” é exatamente a definição de FCC, logo a afirmação é verdadeira.
Passo 3
Analisando a afirmação 2 (densidade cristalinos vs amorfos): explicar densidade e fatores que a influenciam.
- Densidade
depende da massa por unidade de volume: . Para um sólido, isso depende da natureza química (massa atômica), da quantidade de átomos por célula e do volume da célula. - Ordenação cristalina pode levar a empacotamento eficiente (como em FCC/HCP), mas nem sempre resulta em maior densidade que uma forma amorfa do mesmo material: a densidade relativa entre fases cristalina e amorfa depende de como os átomos se arranjam, do espaçamento interatômico e de defeitos/porosidade. Exemplos: alguns líquidos vitrificados podem ter densidade maior que a fase cristalina correspondente em certas condições; materiais com porosidade ou compósitos amorfos podem ser menos densos ou mais densos dependendo da composição.
Conclusão sobre a afirmação 2: a palavra “sempre” torna a afirmação falsa — não é garantia universal que cristalino > amorfo em densidade.
Passo 4
Analisando a afirmação 3 (ordem de fatores de empacotamento HCP, BCC, FCC): explicar APF e valores típicos.
- O fator de empacotamento atômico (APF) é a fração do volume da célula unitária ocupada por esferas duras representando átomos. É uma forma comum de comparar eficiência de empacotamento.
- Valores importantes:
(FCC e HCP têm o mesmo empacotamento máximo)
- Portanto, FCC e HCP empatam no maior fator de empacotamento entre estruturas metálicas regularmente encontradas; BCC fica abaixo deles.
Conclusão sobre a afirmação 3: a ordem indicada (HCP maior, seguida de BCC e depois FCC) está errada — HCP e FCC são ambos os maiores, BCC fica abaixo. Logo a afirmação é falsa.
Passo 5
Analisando a afirmação 4 (temperatura e pressão não têm influência): explicar termodinâmica de fases e exemplos.
- A estabilidade de uma estrutura cristalina é determinada pela energia livre (energia interna e entropia) sob certas condições de temperatura
e pressão . Mudanças em e podem provocar transições de fase (polimorfismo). - Exemplos clássicos: grafite ↔ diamante (alta pressão favorece diamante), aço (transformações entre ferrita, austenita, martensita com variações de
), alumínio e outros metais que mudam estruturas sob compressão/temperatura. Diagramas de fase mostram exatamente isso.
Conclusão sobre a afirmação 4: falsa; temperatura e pressão influenciam fortemente formação e estabilidade de estruturas cristalinas.
Passo 6
Analisando a afirmação 5 (polímeros são exemplos de sólidos cristalinos com estruturas altamente ordenadas): explicar natureza dos polímeros.
- Polímeros podem exibir regiões cristalinas e regiões amorfas; muitos polímeros são semicristalinos (por exemplo, polietileno pode ter cristalinidade variável dependendo de processamento). Outros polímeros são principalmente amorfos (por exemplo, poliestireno à temperatura ambiente é largamente amorfo).
- A afirmação geral que “os polímeros são exemplos de sólidos cristalinos que possuem estruturas altamente ordenadas” é enganosa se apresentada como verdade universal: alguns polímeros formam cristais, mas nem todos; e mesmo nos semicristalinos há porções desordenadas.
Conclusão sobre a afirmação 5: falsa no sentido absoluto.
Passo 7
Analisando a afirmação 6 (estrutura cristalina determina propriedades físicas e mecânicas): explicar a ligação estrutura→propriedade.
- A estrutura cristalina (tipo de empacotamento, defeitos, orientação dos planos cristalográficos, presença de impurezas) controla propriedades como densidade, módulo elástico, ductilidade/fragilidade, condutividade elétrica e térmica, anisotropia mecânica, etc.
- Exemplos: materiais com empacotamento denso (FCC/HCP) têm coordenação alta e geralmente boa ductilidade (FCC é usualmente dúctil); estruturas covalentes direcionais (diamante) são extremamente rígidas e duras; anisotropia em HCP causa propriedades diferentes em direções distintas.
Conclusão sobre a afirmação 6: verdadeira — a estrutura cristalina é um fator determinante das propriedades.
Passo 8
Analisando a afirmação 7 (posições atômicas na HCP): explicar disposição atômica na estrutura hexagonal compacta.
- A célula unitária convencional HCP é um prisma hexagonal. As posições típicas incluem: vértices das faces hexagonais (12 vértices ao todo, cada um contribuindo com
ou dependendo da contagem convencional), átomos no centro das faces superior e inferior (duas faces hexagonais) e átomos em camadas interiores deslocadas (por exemplo, há três átomos na camada do meio por célula convencional). Ao todo a célula contém efetivamente átomos por célula unitária convencional. - Observação importante: afirmar somente “átomos nos vértices e no centro das faces” deixa de mencionar os átomos nas posições internas das camadas que tornam a estrutura compacta. A descrição dada é incompleta e pode induzir a erro (ela lembra a descrição simples das posições de FCC). Além disso, nem todas as “faces” do prisma hexagonal têm centros ocupados da mesma forma que num cubo; somente as faces hexagonais superior e inferior têm centros ocupados.
Conclusão sobre a afirmação 7: a frase é imprecisa/enganosa e, considerada como afirmação geral, é falsa.
Passo 9
Analisando a afirmação 8 (difração de raios-X para determinar estruturas): explicar o princípio básico.
- Difração de raios-X funciona porque os planos cristalinos produzem interferência construtiva para raios-X quando a condição de Bragg é satisfeita:
onde
é o comprimento de onda dos raios-X,
é o espaçamento entre planos cristalinos,
é o ângulo de incidência/ressonância, e
é um inteiro (ordem de difração).
- Medindo os
onde há picos de difração e conhecendo , podemos determinar distâncias interplanares e, a partir disso, construir a rede cristalina e a célula unitária.
Conclusão sobre a afirmação 8: verdadeira — difração de raios-X é uma técnica central para determinação de estruturas cristalinas.
Passo 10
Analisando a afirmação 9 (sólidos cristalinos compostos por átomos/íons ordenados e repetitivos): explicar definição de sólido cristalino.
- Definição: um sólido cristalino possui arranjo periódico de unidades (átomos, íons ou moléculas) repetido em três dimensões — isso é a essência do cristal.
Conclusão sobre a afirmação 9: verdadeira.
Passo 11
Analisando a afirmação 10 (padrão tridimensional de repetição chamado célula unitária): explicar o que é célula unitária.
- A célula unitária é o menor bloco de repetição que, ao ser replicado por translações na rede, reconstrói todo o cristal. Esse bloco define parâmetros de rede (comprimento das arestas e ângulos) e posições dos átomos dentro dele.
Conclusão sobre a afirmação 10: verdadeira.
Resposta
- Verdadeira
- Falsa
- Falsa
- Falsa
- Falsa
- Verdadeira
- Falsa
- Verdadeira
- Verdadeira
- Verdadeira