Explique por que a densidade dos hidretos iônicos ou salinos é maior e a densidade dos hidretos metálicos é menor que a do correspondente metal de que são formados.

Passo 1

O enunciado pede para entendermos por que, ao formar hidretos, os compostos iônicos (ou salinos) acabam tendo densidade maior que o metal puro, enquanto os hidretos ditos “metálicos” ficam com densidade menor. O conteúdo envolve a definição de densidade, o tipo de ligação (iônica versus metálica) e como muda o empacotamento cristalino quando o hidrogênio entra na estrutura do metal.

Passo 2

Lembrando a definição de densidade:
d = \frac{m}{V}
Quando um metal M forma um hidreto, adiciona-se massa de \ce{H} mas também o volume V da rede cristalina se altera. O comportamento de V é o que vai determinar se d aumenta ou diminui.

Passo 3

Nos hidretos iônicos (por exemplo \ce{NaH}, \ce{CaH2}) o hidrogênio torna-se \ce{H-} e o metal vira cátion \ce{M^{n+}}. As estruturas costumam ser do tipo NaCl (ou antifluorita, rutile etc.), em que:
  • O íon \ce{H-} tem raio iônico moderado \sim1,4\:\text{\AA}, e o cátion metálico geralmente tem raio menor do que seu raio atômico no metal puro.
  • A distância média M–H na rede iônica fica menor do que a distância M–M no metal original.
    Como resultado, o volume unitário V do cristal não cresce tanto ao receber os ânions \ce{H-}, mas a massa m aumenta em 1\:\mathrm{u} (ou 2\:\mathrm{u}) por átomo de hidrogênio. Portanto, \dfrac{m}{V} resulta num valor de densidade maior que em M puro.

Passo 4

Nos hidretos metálicos (por ex. \ce{PdH_x}, \ce{TiH_x}) o hidrogênio fica em sítios intersticiais como átomos neutros ou levemente carregados \ce{H^\delta-}, sem formar rede iônica. Esses átomos de hidrogênio encaixam-se em sítios octaédricos ou tetraédricos da malha metálica e forçam a expansão do retículo cristalino. Essa expansão típica do volume unitário ( +3\% a +10\% por átomo de H) é maior, em termos relativos, do que o acréscimo de massa que cada átomo de hidrogênio representa. Logo, \dfrac{m}{V} cai e a densidade do hidreto metálico fica abaixo da densidade do metal original.

Resposta

A densidade dos hidretos iônicos aumenta porque a criação de íons \ce{M^{n+}} e \ce{H-} leva a distâncias inter iônicas menores e, portanto, a um volume que só cresce pouco diante do acréscimo de massa. Já nos hidretos metálicos, o hidrogênio intersticial provoca expansão significativa da malha metálica, fazendo o volume crescer mais que a massa adicionada e, assim, diminuindo a densidade.

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