Uma solução sólida se forma quando, à medida que os átomos do soluto são adicionados ao material hospedeiro, a estrutura cristalina é mantida e nenhuma nova estrutura é formada. Defeitos pontuais devido à presença de impurezas, que podem ser intencionais, são encontrados em soluções sólidas. Quais são os tipos de defeitos e de quais fatores depende a formação de um ou de outro?

Passo 1

O exercício pede para a gente identificar, numa solução sólida, quais são os defeitos pontuais causados por impurezas e entender de que fatores depende aparecer um tipo ou outro.
Matéria: defeitos cristalinos em soluções sólidas.
O que vamos precisar:
  • Saber o que é solução sólida e defeito pontual.
  • Entender os dois modos de um átomo “estranho” entrar na rede do hospedeiro.
  • Conhecer os critérios de Hume-Rothery (tamanho atômico, valência, eletro­negatividade e estrutura cristalina) e variáveis como temperatura e concentração.

Passo 2

Definindo os defeitos pontuais por impureza:
  1. Substitucional
    • O átomo de soluto “troca de lugar” com um átomo do hospedeiro, ocupando seu sítio normal na rede.
    • Exemplo: Cu e Ni formam soluções sólidas substitucionais.
  2. Intersticial
    • O átomo de soluto é pequeno e se aloja em espaços vazios (interstícios) entre os átomos do hospedeiro.
    • Exemplo: Hidrogênio em metais geralmente fica em sítios intersticiais.
Teoria por trás:
  • Rede cristalina é formada por sítios bem definidos.
  • Se o soluto cabe no sítio (e satisfaz outros critérios), ele substitui; se for muito menor, entra nos interstícios.

Passo 3

Fatores que determinam se o defeito será substitucional ou intersticial (Critérios de Hume-Rothery e mais):
  1. Diferença de raio atômico
    • Critério: |rsoluto - rhospedeiro|rhospedeiro <= 0,15
      - Se a diferença for ≤ 15%, favorece substituição; se o soluto for bem menor, tende a intersticial.
  2. Valência
    • Átomos com valência igual ou muito próxima facilitam substituição, pois mantêm o equilíbrio de cargas.
  3. Eletronegatividade
    • Diferenças grandes geram ligações mais iônicas ou compostos intermetálicos, reduzindo solubilidade sólida pura.
  4. Estrutura cristalina
    • Soluto e hospedeiro com o mesmo tipo de rede (fcc, bcc etc.) dissolvem melhor.
    • Redes diferentes dificultam a substituição e favorecem Formação de fases separadas.
  5. Temperatura
    • Quanto maior a temperatura, maior a energia térmica para acomodar átomos fora de posição e expandir redes, aumentando a solubilidade.
  6. Concentração de soluto
    • Há sempre um limite de solubilidade (curva de fase); além disso aparecem precipitados ou fases secundárias.

Resposta

Os defeitos pontuais em solução sólida por impureza são:
  • Substitucional (átomo de soluto ocupa sítio do hospedeiro)
  • Intersticial (átomo de soluto fica em espaços entre os átomos do hospedeiro)
A formação de um ou de outro depende de:
  1. Diferença de tamanho atômico ( <=15% para substituição)
  2. Semelhança de valência
  3. Semelhança de eletronegatividade
  4. Estrutura cristalina compatível
  5. Temperatura (maior T → maior solubilidade)
  6. Concentração de soluto (limite de solubilidade)

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