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:
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:
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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.
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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):
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Diferença de raio atômico
- Critério:
- Se a diferença for ≤ 15%, favorece substituição; se o soluto for bem menor, tende a intersticial.
- Critério:
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Valência
- Átomos com valência igual ou muito próxima facilitam substituição, pois mantêm o equilíbrio de cargas.
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Eletronegatividade
- Diferenças grandes geram ligações mais iônicas ou compostos intermetálicos, reduzindo solubilidade sólida pura.
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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.
-
Temperatura
- Quanto maior a temperatura, maior a energia térmica para acomodar átomos fora de posição e expandir redes, aumentando a solubilidade.
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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:
- Diferença de tamanho atômico (
para substituição) - Semelhança de valência
- Semelhança de eletronegatividade
- Estrutura cristalina compatível
- Temperatura (maior T → maior solubilidade)
- Concentração de soluto (limite de solubilidade)