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:
- Como os átomos se organizam num vidro ou metal amorfo vs. num cristal.
- O que é energia de ligação química (energia interna, U ou H).
- 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:
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
(ou entalpia , numa aproximação sólida) do amorfo é maior que a do cristal:
Passo 4
Energia livre de Gibbs:
Lembra da fórmula
Lembra da fórmula
onde
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 devs. 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
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.