Na tabela a seguir estão tabulados o raio atômico, a estrutura cristalina, a eletronegatividade e a valência mais comum para vários elementos; para os ametais, apenas os raios atômicos estão indicados.
Elemento Raio Atômico <br> (n m) Estrutura <br> Cristalina Eletrone- <br> gatividade Valência
Ni 0,1246 CFC 1,8 +2
C 0,071
H 0,046
O 0,060 +1
Ag 0,1445 CFC 1,9 +3
Al 0,1431 CFC 1,5 +2
Co 0,1253 HC 1,8 +3
Cr 0,1249 CCC 1,6 +2
Fe 0,1241 CCC 1,8 +2
Pt 0,1387 CFC 2,2 +2
Zn 0,1332 HC 1,6
Com quais desses elementos seria esperada a formação do seguinte tipo de composto com o níquel?
(a) Uma solução sólida substitucional com solubilidade total.
(b) Uma solução sólida substitucional com solubilidade parcial.
© Uma solução sólida intersticial.

Passo 1

Vamos lá! O exercício pede para analisarmos com quais elementos, listados na tabela, o níquel (Ni) pode formar diferentes tipos de soluções sólidas. Para isso, vamos usar conceitos de estrutura cristalina, raio atômico, eletronegatividade e valência. Precisamos entender como esses fatores influenciam a solubilidade entre os elementos.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que é uma solução sólida substitucional. É quando átomos de um elemento substituem átomos de outro na estrutura cristalina, mantendo a mesma estrutura. A solubilidade depende principalmente do tamanho dos átomos e da estrutura cristalina dos metais envolvidos.
A Regra de Hume-Rothery nos dá diretrizes para a formação de soluções sólidas substitucionais:
  1. Estrutura cristalina semelhante: Ambos os elementos devem ter estruturas cristalinas compatíveis (por exemplo, CFC, FCC, HCP).
  2. Raio atômico similar: A diferença no raio atômico deve ser geralmente menor que 15%.
  3. Eletronegatividade similar: Diferenças grandes podem dificultar a formação de soluções sólidas.
  4. Valência semelhante: Semelhança na valência ajuda na compatibilidade química.
Vamos analisar os elementos da tabela em relação ao níquel:
  • Estrutura Cristalina: O níquel tem estrutura CFC (Cúbica de Face Centrada). Devemos procurar elementos com a mesma estrutura para aumentar a solubilidade.
  • Diferença de Raio Atômico: Vamos calcular a diferença percentual no raio atômico entre o níquel (0,1246 nm) e os outros elementos.
  • Eletronegatividade e Valência: Devemos verificar se são similares aos do níquel (1,8 e +2, respectivamente).

Passo 3

Vamos calcular a diferença percentual no raio atômico para cada elemento:
Diferença (%) = ( |RaioNi - RaioX|RaioNi ) times 100 ç
Calculando para cada elemento:
  • Ag (Prata): Raio = 0,1445 nm
|0,1246 - 0,1445|0,1246 times 100 approx 15,9%
  • Al (Alumínio): Raio = 0,1431 nm
|0,1246 - 0,1431|0,1246 times 100 approx 14,2%
  • Co (Cobalto): Raio = 0,1253 nm
|0,1246 - 0,1253|0,1246 times 100 approx 0,56%
  • Cr (Cromo): Raio = 0,1249 nm
|0,1246 - 0,1249|0,1246 times 100 approx 0,24%
  • Fe (Ferro): Raio = 0,1241 nm
|0,1246 - 0,1241|0,1246 times 100 approx 0,40%
  • Pt (Platina): Raio = 0,1387 nm
|0,1246 - 0,1387|0,1246 times 100 approx 11,3%
  • Zn (Zinco): Raio = 0,1332 nm
|0,1246 - 0,1332|0,1246 times 100 approx 7,1%
Os outros elementos (C, H, O) são ametais e não formam soluções sólidas substitucionais com metais como o níquel, portanto, não consideramos eles aqui.

Passo 4

Agora, vamos verificar os critérios de eletronegatividade e valência:
  • Ag (Prata): Eletronegatividade = 1,9, Valência = +3
  • Al (Alumínio): Eletronegatividade = 1,5, Valência = +2
  • Co (Cobalto): Eletronegatividade = 1,8, Valência = +3
  • Cr (Cromo): Eletronegatividade = 1,6, Valência = +2
  • Fe (Ferro): Eletronegatividade = 1,8, Valência = +2
  • Pt (Platina): Eletronegatividade = 2,2, Valência = +2
  • Zn (Zinco): Eletronegatividade = 1,6, Valência = não indicada
Comparando com o níquel (Eletronegatividade = 1,8, Valência = +2):
  • Al (Alumínio) e Zn (Zinco) têm valências mais próximas.
  • Pt (Platina) também possui valência +2, similar ao níquel.
A eletronegatividade do Pt é um pouco maior, mas ainda próximo.

Passo 5

Agora, vamos classificar a solubilidade:
  • Solução Sólida Substitucional com Solubilidade Total: Quando a diferença de raio é menor que 15%, além de estrutura semelhante e similaridade na eletronegatividade e valência. Aqui, elementos como Co, Cr, Fe, Au atenderiam, mas nem todos estão na tabela.
  • Solução Sólida Substitucional com Solubilidade Parcial: Quando a diferença de raio está entre 15% e 25%. O Ag (15,9%) e Al (14,2%) estão próximos desse intervalo.
  • Solução Sólida Intersticial: Geralmente ocorre com elementos de raio muito menor que o metal base (diferem mais de 1, Você teria um elemento pequeno como carbono ou hidrogênio, mas como discutido, não aplicável aqui).

Resposta

(a) Seriam esperados a formação de uma solução sólida substitucional com solubilidade total com o Cobalto (Co), Cromo (Cr) e Ferro (Fe).
(b) Seriam esperados a formação de uma solução sólida substitucional com solubilidade parcial com o Prata (Ag) e Alumínio (Al).
© Não seria esperada a formação de uma solução sólida intersticial com os elementos listados.

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