Quais são as correlações entre as ligações químicas com a rigidez e propriedades físicas, tais como temperatura de fusão e dilatação?
Passo 1
Beleza, aqui a questão tá perguntando: “Como é que o tipo de ligação química (por exemplo, iônica, covalente, metálica ou de van der Waals) influencia a rigidez de um material e as propriedades físicas como temperatura de fusão e coeficiente de dilatação térmica?”
Conteúdo: ligações químicas e propriedades térmicas/mecânicas.
O que vamos precisar:
Conteúdo: ligações químicas e propriedades térmicas/mecânicas.
O que vamos precisar:
- Entender os principais tipos de ligação;
- Saber que energia de ligação e rigidez estão relacionadas;
- Ligar isso a temperatura de fusão ™ e expansão térmica (α).
Passo 2
Primeiro, revisamos os tipos de ligação e sua “força”:
- Ligação iônica – atração entre íons +/–, geralmente bem forte.
- Ligação covalente – compartilhamento de elétrons, também forte.
- Ligação metálica – elétrons “delocalizados”, força moderada a alta.
- Forças de van der Waals – interações dipolo–dipolo, bem fracas.
A “força” ou energia de ligação (Eb) é a energia que mantém os átomos juntos. Quanto maior Eb, mais difícil é separar (e mais rígido o material tende a ser).
Passo 3
Rigidez e energia de ligação
Rigidez do material está ligada à constante elástica de ligação (k), que, simplificando, cresce com Eb.
A ideia básica é:
k ∝ Eb
Material com Eb alto (covalente ou iônico) tem k alto → bem rígido. Já cristais mantidos por van der Waals têm k baixo → mais “moles”.
Rigidez do material está ligada à constante elástica de ligação (k), que, simplificando, cresce com Eb.
A ideia básica é:
k ∝ Eb
Material com Eb alto (covalente ou iônico) tem k alto → bem rígido. Já cristais mantidos por van der Waals têm k baixo → mais “moles”.
Passo 4
Temperatura de fusão ™
Para fundir um sólido, você precisa fornecer energia suficiente para superar as ligações (Eb). Logo:
Tm ∝ Eb/kB
onde kB é a constante de Boltzmann.
Isso significa:
Para fundir um sólido, você precisa fornecer energia suficiente para superar as ligações (Eb). Logo:
Tm ∝ Eb/kB
onde kB é a constante de Boltzmann.
Isso significa:
- Ligação covalente e iônica (Eb grande) → Tm alto.
- Ligação metálica (Eb moderado) → Tm intermediário.
- Forças de van der Waals (Eb pequeno) → Tm baixo.
Passo 5
Coeficiente de dilatação térmica (α)
Quando aquece, os átomos vibram mais e se afastam; o quanto se afastam depende de quão “duro” é o poço de potencial da ligação. Simplificando:
α ∝ 1/k ∝ 1/Eb
Então:
Quando aquece, os átomos vibram mais e se afastam; o quanto se afastam depende de quão “duro” é o poço de potencial da ligação. Simplificando:
α ∝ 1/k ∝ 1/Eb
Então:
- Eb grande → k grande → α pequeno (quase não dilata).
- Eb pequeno → k pequeno → α grande (dilata bastante).
Resposta
Em resumo, quanto mais forte a ligação química (Eb grande), maior a rigidez, maior a temperatura de fusão ™ e menor o coeficiente de dilatação térmica (α). Assim:
Ligação covalente ≈ iônica > metálica > van der Waals, nessa ordem de Eb, rigidez e Tm, e na ordem inversa de α.
Ligação covalente ≈ iônica > metálica > van der Waals, nessa ordem de Eb, rigidez e Tm, e na ordem inversa de α.