Discuta a estrutura amorfa em termos de energia ligação química e da energia livre de Gibbs em função do arranjo atômico.

Passo 1

Então, tá: a questão pede pra gente “discutir a estrutura amorfa em termos de energia de ligação química e da energia livre de Gibbs em função do arranjo atômico”. Ou seja, é matéria de Termodinâmica de Materiais e Estrutura Atômica. Vamos precisar entender:
  1. Como os átomos se organizam num vidro ou metal amorfo vs. num cristal.
  2. O que é energia de ligação química (energia interna, U ou H).
  3. O que é energia livre de Gibbs e como ela depende de entalpia e entropia.

Passo 2

Primeiro, arranjo atômico:
  • Num cristal, átomos ficam bem ordenados num padrão repetitivo.
  • Numa estrutura amorfa, esse padrão some e os átomos ficam “desorganizados” em distâncias e ângulos variados.
    Isso significa que, em amorfo, nem todo par de átomos atinge a configuração ótima de ligação, gerando flutuações de energia local.

Passo 3

Energia de ligação química:
Cada ligação tem um valor de energia mínimo quando o ângulo e a distância entre átomos são ideais. Em amorfo, como essa regularidade some, temos:
  • Algumas ligações sob tensão (distância < ideal) ou frouxas (distância > ideal).
  • Logo, a energia interna De 0 (ou entalpia , numa aproximação sólida) do amorfo é maior que a do cristal:

Passo 4

Energia livre de Gibbs:
Lembra da fórmula
G = H - T S,
onde De é entropia. A estrutura amorfa tem entropia maior ( ) porque é mais desordenada. Então, comparando:

Passo 5

Interpretação:
  • A entalpia maior do amorfo ( ) tende a elevar .
  • A entropia maior ( ) tende a baixar conforme cresce.
    Isso cria uma situação típica de fase metastável: a curvas de vs. mostram que, em baixas temperaturas, o cristal é mais estável ( ), mas o amorfo pode existir por dificuldade cinética de reorganizar. Conforme aumenta, a penalidade entálpica do amorfo pode ser compensada pelo ganho entrópico.

Resposta

A estrutura amorfa possui energia de ligação (entalpia) maior que a cristalina devido a ligações fora do ideal, mas também tem entropia superior por causa da desordem. Na energia livre de Gibbs
De
isso faz com que o amorfo seja metastável ( a baixos ) e que seu comportamento dependa da temperatura: o ganho de entropia pode, em temperaturas mais altas, diminuir e estabilizá-lo momentaneamente.

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