Na solução sólida substitucional, ocorre:
A) a entrada de átomos pequenos nos vazios entre átomos maiores
B) a substituição de átomos da rede cristalina por outros de tamanho semelhante
C) a eliminação completa dos defeitos cristalinos
D) a separação total dos elementos da liga
E) a transformação do metal em material cerâmico
A) a entrada de átomos pequenos nos vazios entre átomos maiores
B) a substituição de átomos da rede cristalina por outros de tamanho semelhante
C) a eliminação completa dos defeitos cristalinos
D) a separação total dos elementos da liga
E) a transformação do metal em material cerâmico
Passo 1
O enunciado pergunta qual fenômeno ocorre na “solução sólida substitucional” e dá cinco alternativas (A–E). Vou listar exatamente o que o enunciado fornece para ficar claro o pedido:
- Pergunta: Na solução sólida substitucional, ocorre:
- Alternativas:
- A) a entrada de átomos pequenos nos vazios entre átomos maiores
- B) a substituição de átomos da rede cristalina por outros de tamanho semelhante
- C) a eliminação completa dos defeitos cristalinos
- D) a separação total dos elementos da liga
- E) a transformação do metal em material cerâmico
O que é pedido: identificar, entre as alternativas, a que descreve corretamente a solução sólida substitucional.
Passo 2
O que significa “solução sólida substitucional” — explicação conceitual básica (sem resolver ainda).
- Uma solução sólida é uma fase sólida onde átomos de dois (ou mais) elementos compartilham uma mesma rede cristalina.
- “Substitucional” indica que os átomos do elemento soluto ocupam sites da rede que originalmente pertenciam aos átomos do elemento solvente — ou seja, os átomos do soluto substituem átomos da rede.
- Observação intuitiva: imagine a rede como cadeiras numeradas; na solução substitucional um convidado (átomo soluto) senta-se na cadeira que antes estava ocupada pelo anfitrião (átomo solvente).
Passo 3
Regras práticas para formar solução sólida substitucional (Hume-Rothery) — por que só ocorre em certos casos.
- Regra do tamanho: os raios atômicos devem ser semelhantes; uma diferença de raio maior que cerca de 15% tende a impedir substituição direta, porque a distorção da rede fica muito grande.
- Estrutura cristalina: é favorável quando ambos os elementos têm a mesma estrutura cristalina (por ex. ambos cúbicos de face centrada).
- Valência e eletronegatividade: semelhanças ajudam a manter a solubilidade; grande diferença pode favorecer compostos intermetálicos em vez de solução sólida.
- Conclusão prática: na substitucional os átomos têm tamanho e propriedades químicas comparáveis — daí a alternativa que fala em “tamanho semelhante” fazer sentido.
Passo 4
Contraste com “solução sólida intersticial” — para eliminar confusões com a alternativa A.
- Solução intersticial ocorre quando átomos pequenos (por ex. H, C, N) ocupam os espaços vazios (interstícios) da rede cristalina sem substituir os átomos da rede.
- Característica-chave: os átomos do soluto são bem menores e vão para os vazios entre átomos maiores.
- Portanto, a alternativa A descreve o caso intersticial, não o substitucional. Logo A é incorreta para “substitucional”.
Passo 5
Por que a alternativa B descreve a solução substitucional — detalhando termo a termo.
- “Substituição de átomos da rede cristalina por outros de tamanho semelhante”: isso bate exatamente com a definição dada anteriormente.
- Palavra-chave: “substituição” (ocupar sites da rede e substituir o átomo original) e “tamanho semelhante” (cumprindo a regra do ~15%).
- Exemplos reais: latão (liga Cu–Zn) em que muitos átomos de Zn substituem posições de Cu na rede; ouro-prata (Au–Ag) onde Ag substitui Átomos de Au porque têm tamanhos e estrutura similares.
- Conclusão: B é uma descrição correta e completa do que acontece numa solução sólida substitucional.
Passo 6
Analisando a alternativa C e por que está errada.
- C diz “a eliminação completa dos defeitos cristalinos”. Isso não é verdade: soluções sólidas podem até introduzir defeitos (defeitos pontuais, tensões de rede) por causa da substituição; não existe eliminação completa de defeitos como consequência obrigatória.
- Defeitos cristalinos são parte natural de ligas e materiais reais; substituição não os elimina. Logo C está errada.
Passo 7
Analisando a alternativa D e por que está errada.
- D diz “a separação total dos elementos da liga”. Separação total seria o oposto de solução sólida — seria uma separação de fases (decorrência de imiscibilidade).
- Solução sólida indica mistura ao nível atômico dentro de uma mesma fase, não separação total. Logo D está errada.
Passo 8
Analisando a alternativa E e por que está errada.
- E diz “a transformação do metal em material cerâmico”. Substituição de átomos numa rede metálica não transforma a natureza química do material de metal para cerâmico; cerâmicos têm ligações iônicas/covalentes e estruturas muito diferentes.
- Solução sólida é um conceito de fases sólidas (metálicas ou outras) e não implica mudança de classe de material. Logo E está errada.
Passo 9
Dicas rápidas para provas (como reconhecer rapidamente).
- Se o enunciado fala em átomos pequenos ocupando vazios → pense em intersticial (elimina B).
- Se fala em substituir átomos do cristal por outros semelhantes → substitucional.
- Verifique palavras-chave: “substituir”, “ocupam sítios da rede”, “tamanho semelhante” → substitucional.
- Exemplos mentais: Carbono em ferro (C em Fe) é intersticial; Cu–Zn (latão) é substitucional.
Resposta
B)