Explique como a estrutura cristalina dos sólidos iônicos influencia diretamente suas propriedades físicas, especialmente dureza e ponto de fusão. Considere aspectos como arranjo dos íons, tamanho relativo dos cátions e ânions, e a coordenação dos íons na rede cristalina. Forneça exemplos de minerais comuns para ilustrar sua resposta.
Passo 1
O enunciado pede para mostrar como a organização espacial dos íons num sólido iônico afeta a dureza e o ponto de fusão. Vamos usar conceitos de energia reticular (força de atração coulômbica entre cátions e ânions), razão de raios iônicos (que determina o tipo de empacotamento e o número de coordenação) e exemplos de minerais (como halita, periclase e fluorita) para ilustrar.
Passo 2
Os sólidos iônicos são mantidos por interações coulômbicas entre cátions e ânions. A energia reticular
cresce quando a carga dos íons aumenta e quando suas distâncias diminui. Quanto maior
, mais fortemente ligados ficam os íons, o que eleva tanto a dureza (resistência a riscos ou deformação) quanto o ponto de fusão (energia necessária para romper a rede).
Passo 3
A razão de raios iônicos
determina o número de coordenação e o tipo de rede cristalina.
Um maior número de vizinhos por íon implica mais ligações iônicas por unidade de volume, aumentando a rigidez e a energia reticular.
Passo 4
Em termos de dureza, redes com alta coordenação e íons de pequeno raio (maior densidade de cargas) são mais difíceis de deformar. Exemplos:
(periclase) tem coordenação 6:6, raio de
,Å e de
,Å, exibindo dureza aproximada de 6,5 na escala de Mohs. Já a halita
, também 6:6, usa íons maiores (
,Å e
,Å) e tem dureza menor (~2,5).
Passo 5
Quanto ao ponto de fusão, a energia reticular mais alta corresponde a temperaturas de fusão mais elevadas. Exemplos de pontos de fusão:
:
(altura energia reticular);
:
;
(fluorita, coordenação 8:4):
.
Passo 6
Em suma, o arranjo cristalino (coordenação, tipo de empacotamento) e o tamanho relativo dos íons controlam a densidade de ligações iônicas e a energia reticular. Redes com alta coordenação e íons pequenos resultam em sólidos mais duros e com ponto de fusão mais elevado.
Resposta
A dureza e o ponto de fusão dos sólidos iônicos são diretamente proporcionais à energia reticular, que cresce com o aumento da coordenação (mais ligações por íon) e com a diminuição dos raios iônicos (maior atração coulômbica). Assim, estruturas como a do
(coordenação 6:6, íons pequenos) são muito duras e fundem a temperaturas altíssimas, enquanto redes com íons maiores, como a halita
, são mais macias e fundem a temperaturas mais baixas.