O que explica o alto ponto de fusão dos materiais cerâmicos?
Passo 1
O enunciado pergunta: “O que explica o alto ponto de fusão dos materiais cerâmicos?”
Conteúdo da matéria: química dos sólidos cristalinos, ligações iônicas e covalentes e energia reticular.
O que vamos precisar para resolver: entender como a natureza e a força dessas ligações influenciam a energia necessária para fundir (quebrar) a estrutura do material.
Conteúdo da matéria: química dos sólidos cristalinos, ligações iônicas e covalentes e energia reticular.
O que vamos precisar para resolver: entender como a natureza e a força dessas ligações influenciam a energia necessária para fundir (quebrar) a estrutura do material.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar o que é ponto de fusão. É a temperatura em que as forças que mantêm os átomos ou íons juntos em um sólido são vencidas pelo calor, fazendo o sólido virar líquido.
Nos cerâmicos, os átomos estão ligados por ligações iônicas e/ou covalentes muito fortes.
Nos cerâmicos, os átomos estão ligados por ligações iônicas e/ou covalentes muito fortes.
- Ligação iônica: ocorre entre íons positivos e negativos. A força de atração coulômbica é dada por
onde
• = número de Avogadro
• ,
= cargas dos íons
• = carga elementar
• = permissividade do vácuo
• = distância entre os centros iônicos
• = constante de repulsão.
Quanto maior e menor
, maior o valor de
(energia reticular), maior a energia necessária para separar os íons e, portanto, maior o ponto de fusão.
•
•
•
•
•
•
Quanto maior
- Ligação covalente (presente em alguns cerâmicos, como o SiO₂): envolve compartilhamento de elétrons e cria uma rede tridimensional bem rígida. Quebrar essas ligações exige energia alta também.
Passo 3
Agora, juntando as duas ideias:
- Cerâmicos típicos (óxidos, carbetos, nitretos) têm arranjos cristalinos com íons altamente carregados e/ou fortes ligações covalentes.
- A energia reticular
desses sólidos é grande, o que significa que você precisa de muita energia térmica (alta temperatura) para vencer as forças de atração e provocar a fusão.
Resposta
O alto ponto de fusão dos materiais cerâmicos se deve principalmente à sua elevada energia reticular, resultado de fortes ligações iônicas (com altas cargas e curtas distâncias iônicas) e, em muitos casos, ligações covalentes em rede, o que exige muita energia para quebrar essas interações e levar o cristal à fase líquida.