Quais são os níveis de ordenação dos átomos em um sólido e como diferem entre si?
São três os níveis de ordenação em um sólido diferindo entre si da seguinte forma:
  • sem ordem: não existe ordenamento preferencial, os átomos estão dispostos aleatoriamente no espaço. Ex: Gás.
  • ordem à pequenas distâncias (a curto alcance): o arranjo espacial atômico se estende a sua vizinhança mais próxima, não possuem arranjo espacial preferencial, ocupando aleatoriamente o espaço. Ex: Vidro.
  • ordem à longas distâncias (a longo alcance): os átomos estão dispostos em uma ordem de longo alcance estendendo o arranjo ao longo de todo o material. Os átomos formam um retículo ou rede que se repete regularmente. Ex: cristal.

Passo 1

O que o enunciado pede: listar e explicar os níveis de ordenação dos átomos em um sólido e como eles diferem entre si. Informações relevantes (fornecidas ou óbvias):
  • Existem 3 níveis de ordenação citados: “sem ordem”, “ordem a curto alcance” e “ordem a longo alcance”.
  • Foram dados exemplos: gás (para “sem ordem”), vidro (para “ordem a curto alcance”) e cristal (para “ordem a longo alcance”).
  • Preciso explicar claramente a diferença entre esses níveis, com exemplos e características observáveis.

Passo 2

Definição e interpretação do nível “sem ordem” (desordem total).
  • O que significa: os átomos não têm posição preferencial em relação uns aos outros; não existe correlação espacial significativa entre posições de átomos mesmo em vizinhanças próximas.
  • Observação importante: embora o enunciado use “gás” como exemplo, um gás não é um sólido. Em termos de sólidos, o estado mais próximo de “sem ordem” seria um material muito desordenado onde não há estrutura local bem definida (na prática isso é raro em sólidos puros — mesmo sólidos amorfos têm alguma ordem local). Então, para responder direto em prova, diga que “sem ordem” corresponde a ausência de correlações espaciais (ex.: gás ou fluido).
  • Como identificar: a função de correlação radial \,g(r)\, é praticamente plana (próxima de 1) — sem picos bem definidos. Em difração, não há picos definidos (nenhuma difração estruturada).

Passo 3

Definição e características da “ordem a curto alcance” (curto alcance = curto raio de correlação).
  • O que significa: existe um arranjo coerente dos átomos em torno de cada átomo até algumas vizinhanças (primeira e talvez segunda vizinhança), mas esse arranjo não se repete periodicamente por longas distâncias. Ou seja, há ordem local, mas sem periodicidade infinita.
  • Como descrever na prática: cada átomo tem uma “primeira vizinhança” com distâncias e ângulos característicos (coordenação), mas ao afastar-se isso perde-se a regularidade; a correlação espacial decai rapidamente com a distância.
  • Medida típica: a função radial de distribuição \,g(r)\, mostra picos bem definidos para os primeiros vizinhos (primeiro pico pronunciado), depois os picos desaparecem e \,g(r)\, tende a 1 sem oscilações persistentes.
  • Exemplos: vidro (sílica amorfa), vidros metálicos, polímeros amorfos. Esses materiais são sólidos (rigidez mecânica), mas sem rede cristalina de longo alcance.
  • Consequências físicas: ausência de planos cristais leva a ausência de anisotropia cristalográfica forte, comportamento óptico/viscoso/eletrônico diferente de cristais, maior tendência a propriedades isotrópicas.

Passo 4

Definição e características da “ordem a longo alcance” (longo alcance = periodicidade estendida).
  • O que significa: existe um retículo (rede) que se repete periodicamente ao longo de grandes distâncias no material. A posição de um átomo pode ser obtida por uma translação de vetor da rede a partir de outro átomo equivalente.
  • Conceitos-chave: composição por célula unitária (unidade repetitiva), simetria cristalina, número de coordenação periódico.
  • Medida típica: a função \,g(r)\, mostra picos contínuos e que se mantêm mesmo para distâncias grandes — refletindo repetições da estrutura. Em difração (XRD, elétrons, nêutrons) aparecem picos de Bragg nítidos.
  • Exemplos: sal de cozinha (NaCl), silício cristalino, metais cristalinos, diamante.
  • Consequências físicas: anisotropia dependente do plano cristalográfico, propriedades mecânicas/ópticas/electrônicas fortemente relacionadas à orientação cristalina, presença de planos de clivagem e defeitos de rede (vacâncias, discordâncias).

Passo 5

Comparação direta e critérios práticos para diferenciá-los (resumo prático para prova).
  • Ordem local vs. periódica: curto alcance = ordem limitada às primeiras vizinhanças; longo alcance = periodicidade que se estende por todo o material.
  • Observação experimental: difração com picos nítidos → ordem a longo alcance; padrão difuso/halo + picos locais → ordem a curto alcance; ausência de estrutura → sem ordem.
  • Propriedades macroscópicas: sólidos cristalinos (longo alcance) tendem a ter propriedades anisotrópicas e pontos de fusão definidos; sólidos amorfos (curto alcance) tendem a ser isotrópicos e têm transição vítrea em vez de fusão bem definida.
  • Nota sobre “sem ordem”: em materiais realmente sólidos, o caso “sem ordem” puro é raro; geralmente usamos “sem ordem” para descrever gases ou líquidos. Em provas, deixe isso claro: se perguntarem “níveis em sólidos”, cite preferencialmente “curto alcance (amorfo) e longo alcance (cristalino)”, e mencione que “sem ordem” aplica-se a fluidos ou a ausência completa de correlação.

Passo 6

Exemplos rápidos e como justificar numa resposta curta de prova (modelo pronto).
  • Se pedirem “cite os níveis”: responda direto com os 3 nomes e uma linha cada.
  • Se pedirem diferenças: explique em termos de repetição espacial (periodicidade) e em termos de \,g(r)\, ou difração (picos nítidos vs halo).
  • Frase-resumo útil: “Curto alcance = ordem local (picos iniciais em \,g(r)\,); longo alcance = rede periódica repetida (picos de Bragg); sem ordem = ausência de correlações (fluido ou desordem total).”

Resposta

Sem ordem: ausência de correlação espacial significativa; não há posições preferenciais dos átomos (ex.: gás/fluido); \,g(r)\, quase plano e sem picos.
Ordem a curto alcance: existe arranjo bem definido nas primeiras vizinhanças (coordenação local) mas sem repetição periódica por longas distâncias (ex.: vidro, vidros metálicos); \,g(r)\, tem picos iniciais bem definidos que se apagam com a distância.
Ordem a longo alcance: os átomos formam uma rede periódica que se repete por todo o material (cristal); apresenta célula unitária, simetria de rede e picos de Bragg nítidos em difração.

Exercícios relacionados