Determine e explique que mudanças serão necessárias na estrutura de cada cerâmica para manter um balanço de carga, em cada um dos seguintes casos:
b) Íons
substituindo íons de magnésio em MgO
b) Íons
Passo 1
O enunciado pede para vermos como o óxido de magnésio (
) se mantêm eletricamente neutro quando íons
passam a ocupar sítios originalmente de
. O conteúdo é química de defeitos em cerâmicas: toda substituição que muda a valência precisa de um mecanismo de compensação de carga.
Passo 2
Cada vez que um íon
entra no lugar de
, sobra uma carga positiva a mais no retículo, pois
Esse “excesso” de
precisa ser neutralizado para manter o material globalmente neutro.
Passo 3
O mecanismo mais comum de compensação em óxidos é a criação de vacância em sítio catiônico (vacância de Mg). Uma vacância de
remove duas unidades de carga positiva do cristal, gerando um defeito com carga efetiva
.
Em notação de Kröger–Vink, a substituição de ferro e a vacância são escritas assim:
onde
-
é um íon em sítio de Mg, com carga efetiva , -
é a vacância de Mg, com carga efetiva , -
são os íons oxigênio em sítios normais, sem defeito de carga.
Passo 4
Para compensar totalmente a carga, precisamos que o total de cargas positivas introduzidas pelos
seja igual ao total de cargas negativas criadas pelas vacâncias. Como cada
traz
e cada
traz
, basta agrupar dois íons de ferro para gerar uma vacância de magnésio:
Portanto, a cada dois íons
substituindo dois
, forma-se uma vacância de
.
Resposta
Para manter o balanço de carga em
dopado com
, é preciso criar vacâncias de cátions
na proporção de uma vacância para cada dois íons
que ocupam sítios de magnésio.