A sílica amorfa tem densidade de aproximadamente
, ao passo que a densidade do quartzo cristalino é
. Esclareça essa diferença de densidade.
Passo 1
Beleza, o exercício está perguntando por que a sílica amorfa (tipo vidro de sílica) tem densidade de cerca de 2,2 g·cm⁻³, enquanto o quartzo cristalino bate uns 2,65 g·cm⁻³. O conteúdo aqui é química de estado sólido: densidade, rede cristalina versus rede amorfa e como o empacotamento atômico muda o volume. Vamos precisar entender densidade (massa/volume) e as estruturas moleculares do quartzo e da sílica amorfa.
Passo 2
Primeiro, o que é densidade?
Densidade ( ) é simplesmente a razão entre massa (
) e volume (
):
Densidade (
Se duas amostras têm a mesma massa de SiO₂, mas ocupam volumes diferentes, a que ocupa mais volume fica com densidade menor. Sacou?
Passo 3
Agora, estrutura do quartzo cristalino:
- O quartzo é formado por tetraedros SiO₄ perfeitamente arranjados num padrão tridimensional repetitivo (rede cristalina).
- Cada tetraedro se encaixa certinho nos vizinhos, com ângulo bem definido (∼109,5°), sem “buracos grandes”.
- Isso leva a um empacotamento mais eficiente: o volume total ocupado é menor.
Como consequência, para uma mesma massa de SiO₂, o volume é menor e a densidade maior (2,65 g·cm⁻³).
Passo 4
Agora, estrutura da sílica amorfa:
- Na forma amorfa (tipo vidro), os tetraedros SiO₄ continuam presentes, mas não têm ordem de longo alcance.
- Os ângulos e distâncias entre tetraedros variam um pouco, gerando espaços vazios irregulares (voids) na rede.
- Esses “buraquinhos” fazem o material ficar mais “folgado”, então o volume cresce.
Logo, com o mesmo número de Si e O, o volume é maior e a densidade menor (∼2,2 g·cm⁻³).
Passo 5
Comparando as duas:
- Quartzo → arranjo ordenado, tetraedros bem encaixados → baixo volume → ρ alta (2,65).
- Sílica amorfa → arranjo desordenado, tetraedros com “folga” → alto volume → ρ menor (2,2).
Resposta
A diferença de densidade vem do empacotamento atômico: no quartzo cristalino, os tetraedros SiO₄ estão ordenados e bem encaixados, ocupando menos espaço (ρ = 2,65 g·cm⁻³). Na sílica amorfa, a falta de ordem gera espaços vazios na rede, aumenta o volume e reduz a densidade (ρ ≈ 2,2 g·cm⁻³).