Que tipos de cristal são formados pelos seguintes elementos e compostos sólidos:
,
e
? em cada caso, diga que tipo de força ocorre entre as partículas que compõem o retículo.
Passo 1
O enunciado pede: para cada uma das espécies
,
,
e
, determine (1) que tipo de cristal (sólido) é formado e (2) que tipo de força/interação mantém juntas as partículas que compõem o retículo. As informações dadas são apenas as fórmulas químicas das quatro substâncias; cabe-nos usar conhecimento sobre ligação química e tipos de sólidos para classificá-las.
Passo 2
Breve aula sobre os tipos principais de sólidos cristalinos (o que preciso saber para decidir o tipo de cada caso):
- Sólidos iônicos: formados por íons positivos e negativos organizados em um retículo. A força dominante é a atração eletrostática (coulombiana) entre cargas opostas. Características: altos pontos de fusão, duros, conduzem eletricidade quando fundidos ou em solução, geralmente frágeis.
- Sólidos moleculares (cristais moleculares): formados por moléculas neutras mantidas juntas por forças intermoleculares fracas — principalmente forças de dispersão de London, dipolo-dipolo e, quando presentes, ligações de hidrogênio. Características: baixos pontos de fusão, macios, maus condutores.
- Sólidos covalentes em rede (network covalent): átomos ligados por uma rede contínua de ligações covalentes formando um retículo 2D ou 3D (ex.: diamante, quartzo). A força dominante são ligações covalentes (compartilhamento de elétrons), que são fortes e direcionais. Características: pontos de fusão muito altos, duros, maus condutores (às vezes semicondutores).
- Sólidos metálicos: átomos de metal em um mar de elétrons deslocalizados; força metálica (ligação por elétrons móveis). Características: boa condutividade elétrica e térmica, maleabilidade.
Esses conceitos permitem classificar um sólido ao identificar que tipo de partícula forma o retículo (íons, moléculas, átomos com ligações covalentes) e que tipo de interação é relevante.
Passo 3
Como decidir na prática (regras simples que uso em prova):
- Se a substância é um óxido de metal + ametal ou mistura metal/ametais com grande diferença de eletronegatividade → tende a formar cristal iônico (íons
/ ). - Se a substância é formada por moléculas discretas (pequenas estruturas covalentes estáveis, sem rede extensa), então o sólido será molecular e as forças serão intermoleculares (dispersion etc.). Moléculas não polares → forças de London dominam.
- Se é um elemento do grupo 14 (como C, Si) e cada átomo pode formar quatro ligações covalentes formando uma rede 3D → tende a formar um sólido covalente em rede (ex.: diamante para o carbono, estrutura análoga para o silício).
- Para óxidos de metais alcalinos (Na, K, …), o comportamento clássico é iônico: forma
e em retículo.
Agora aplico essas ideias a cada substância.
Passo 4
Análise de
(silício):
- Informação relevante sobre
: é um elemento do grupo 14 (como o carbono) com quatro elétrons de valência e tendência a compartilhar elétrons para completar um octeto. Na forma sólida pura, cada átomo de silício forma quatro ligações com vizinhos num arranjo tetraédrico. - Estrutura cristalina típica: cada
é covalentemente ligado a quatro vizinhos em uma rede contínua tridimensional. Essa rede é análoga à estrutura do diamante (chamada estrutura diamante ou “diamond cubic”). - Interpretação das forças: como os átomos estão ligados por ligações covalentes que envolvem compartilhamento de pares de elétrons entre átomos vizinhos, a interação que mantém o retículo é covalente — forte e direcional.
- Consequências que justificam essa classificação: altos pontos de fusão, material duro e, no caso do silício, comportamento de semicondutor por causa da banda eletrônica resultante dessas ligações covalentes.
Passo 5
Análise de
(silano):
- Informação sobre
: é uma molécula discreta tetraédrica (um átomo de silício ligado a quatro átomos de hidrogênio), equivalente do metano ( ) em comportamento molecular. - Na fase sólida, as moléculas
não formam uma rede covalente contínua; elas ficam agrupadas como unidades moleculares neutras empacotadas. - Forças intermoleculares possíveis: a molécula
é praticamente apolar (geometria tetraédrica, distribuição simétrica de ligações Si–H), então não há dipolo permanente significativo nem ligações de hidrogênio fortes. Assim, a interação dominante entre moléculas no sólido são forças de dispersão de London (forças de van der Waals induzidas por flutuações temporárias de nuvem eletrônica). - Consequências: baixo ponto de fusão e ebulição comparado a sólidos iônicos ou de rede covalente; o sólido é molecular.
Passo 6
Análise de
(dióxido de silício):
- Informação sobre
: é composta por tetraedros onde cada átomo de silício está ligado a quatro oxigênios, e cada oxigênio normalmente faz ponte entre dois átomos de silício. Esses tetraedros podem se ligar formando redes tridimensionais (ex.: quartzo é uma forma polimórfica). - Natureza do retículo: não são moléculas discretas, mas sim uma rede covalente extensa 3D — cada ligação Si–O é uma ligação covalente fortemente polarizada (oxigênio mais eletronegativo que silício), porém o caráter essencial da ligação é covalente que conecta a rede inteira.
- Força dominante: ligações covalentes (Si–O) que mantêm a rede unida; essas ligações são fortes, responsáveis por alto ponto de fusão e dureza do material. Pode-se chamar de sólido covalente em rede.
- Observação: existem várias formas cristalinas (polimorfos) de
, mas todas compartilham a ideia de uma rede covalente extensa.
Passo 7
Análise de
(óxido de sódio):
- Informação sobre
: composto formado por um metal alcalino ( ) e oxigênio; em termos iônicos, o sódio tende a perder um elétron formando e o oxigênio tende a ganhar elétrons formando . - Partículas no retículo: íons
e arranjados de forma a maximizar atrações coulombianas e minimizar repulsões (uma estrutura típica é a do tipo antifluorita, em que os ânions ocupam posições de rede e os cátions preenchem interstícios — mas o ponto essencial é que é um retículo iônico). - Força dominante: atração eletrostática (força coulombiana) entre cargas opostas
. Essa força é não-direcional e muito mais forte do que forças de dispersão entre moléculas, justificando altos pontos de fusão e condutividade elétrica quando fundido (os íons ficam móveis). - Consequência: sólido iônico clássico — duro, alto ponto de fusão, frágil, conduz eletricidade no estado líquido ou em solução.
Passo 8
Recapitulando em linguagem direta (preparando a resposta final): eu determinei para cada substância qual é a natureza das partículas que compõem o sólido (átomos ligando-se em rede, moléculas discretas ou íons) e, a partir disso, a interação dominante (ligações covalentes direcionais, forças de van der Waals/dispersion, ou atrações iônicas coulombianas). As justificativas e características práticas foram dadas acima.