Sólidos cristalinos: estrutura, propriedades, tipos, exemplos - Ciência - 2023

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o sólidos cristalinos Eles são aqueles cujas estruturas microscópicas são ordenadas e obedecem a um padrão distinto para uma determinada estrutura cristalina; por exemplo: cúbico, hexagonal, triclínico, romboédrico, entre outros.

Diz-se que esses sólidos existem como cristais, exibindo facetas e desenhos geométricos que refletem como são ordenados por dentro. Outros exemplos de sólidos cristalinos são diamante, quartzo, antraceno, gelo seco, cloreto de potássio ou óxido de magnésio.

Um par bem conhecido de sólidos cristalinos é o de açúcar e sal (NaCl). À primeira vista, ambos mostram cristais brancos; mas suas propriedades diferem enormemente. O açúcar é um sólido cristalino molecular, enquanto o sal é um sólido cristalino iônico. O primeiro é feito de moléculas de sacarose; e a segunda, de íons de Na⁺ e Cl^–.

A imagem acima dá uma ideia de como os cristais de açúcar podem ser brilhantes. No entanto, os cristais de sal não ficam muito atrás. Embora o açúcar e o sal pareçam irmãos, suas estruturas são diferentes: o açúcar, que é a sacarose, tem uma estrutura monoclínica; enquanto o sal, uma estrutura cúbica.

O açúcar em pó e o sal (glacê) permanecem cristalinos; seus cristais ficaram muito menores para nossos olhos. A cristalinidade de um sólido, portanto, é definida mais por sua estrutura interna do que por sua aparência externa ou seu brilho.

Estrutura de sólidos cristalinos

Os sólidos cristalinos possuem estruturas ordenadas. Suas características geométricas dependerão do tipo de rede cristalina a que pertencem, que por sua vez é projetada externamente nas formas do cristal (sistema cristalino). A imagem superior ilustra dois conceitos importantes de tais estruturas: periodicidade e grãos cristalinos.

A ordenação espacial das partículas de um sólido cristalino é periódica; isto é, ele se repete continuamente em todas as direções. Isso cria seu próprio padrão estrutural para cada estrutura sólida e cristalina; por exemplo, é aqui que o sal e o açúcar começam a se diferenciar além de sua natureza química.

Em A, os losangos são organizados para dar origem a um losango maior. Cada losango roxo representa uma partícula ou um conjunto de partículas (átomos, íons ou moléculas). Assim, pode-se esperar que um cristal macroscópico de A tenha uma aparência romboédrica.

Já em B, os losangos estão dispostos de tal forma que originam grãos cristalinos; estes são cristais muito pequenos (cristalitos). B é então dito ser um sólido policristalino; ou seja, é formado pela aglomeração de múltiplos cristalitos.

Em conclusão, um sólido pode ser simplesmente cristalino (A) ou policristalino (B); A forma cristais, enquanto B policristais.

Propriedades

As propriedades dos sólidos cristalinos dependem do tipo de cristal. Já se sabe que suas estruturas são ordenadas, e que também tendem a apresentar feições brilhantes pelas quais os amantes do mineral se apaixonam. No entanto, foi mencionado que um sólido pulverulento, mesmo "apagado", também pode ser classificado como cristalino.

A forma como suas partículas são orientadas espacialmente permite que tenham algumas propriedades importantes para sua caracterização. Por exemplo, sólidos cristalinos são capazes de difração de raios-X, criando espectros de difração a partir dos quais a estrutura microscópica de um cristal pode ser determinada.

Além disso, como a estrutura é periódica, o calor se difunde da mesma maneira por todo o sólido; desde que não haja impurezas envolvidas. Assim, os pontos de fusão de um sólido cristalino são constantes e não variam, independentemente de como sejam medidos.

Tipos de sólidos cristalinos

Os tipos de sólidos cristalinos são baseados no tipo de partículas de que são feitos e quais são suas interações ou ligações. Existem essencialmente quatro tipos: redes iônicas, metálicas, moleculares e covalentes.

Mesmo quando apresentam certo grau de impurezas, continuam cristalinos, embora suas propriedades sejam afetadas e não apresentem os mesmos valores esperados para um sólido puro.

Ionics

O sal é um exemplo de sólido cristalino iônico, pois é composto de íons Na⁺ e Cl^–. Portanto, neste tipo de sólidos a ligação iônica governa: são as forças eletrostáticas que governam o ordenamento estrutural.

Metálico

Todos os átomos metálicos formam cristais metálicos. Isso significa que, por exemplo, um garfo de prata é um conglomerado de cristais de prata fundidos. A estrutura interna ou microscópica é a mesma em cada centímetro do objeto, e permanece inalterada do cabo do garfo até a ponta dos dentes.

Molecular

O açúcar é um exemplo de sólido cristalino molecular, pois é composto por moléculas de sacarose. Portanto, esse tipo de sólido é composto por moléculas, que por meio de suas interações intermoleculares (e não por ligações covalentes) conseguem estabelecer uma estrutura ordenada.

Redes covalentes

Finalmente, temos os sólidos cristalinos das redes covalentes. Neles predominam ligações covalentes, pois são elas as responsáveis por estabelecer a ordem e manter os átomos fortemente fixados em suas respectivas posições espaciais. Não falamos de íons, átomos ou moléculas, mas de redes tridimensionais.

Exemplos

A seguir, e para finalizar, alguns exemplos serão citados para cada um dos tipos de sólidos cristalinos.

Ionics

Todos os sais são sólidos iônicos. Da mesma forma, existem sulfetos, hidróxidos, óxidos, halogenetos e outros compostos que também são feitos de íons, ou suas interações são essencialmente iônicas. Então nós temos:

-KCl

-Caso₄

-Ba (OH)₂

-CURSO₄

-FeCl₃

-N / D₂S

-MgO

-CaF₂

-NaHCO₃

- (NH₄)₂CrO₄

Além desses exemplos, a grande maioria dos minerais são considerados sólidos cristalinos iônicos.

Metálico

Qualquer elemento metálico ocorre naturalmente como cristais metálicos. Alguns deles são:

-Cobre

-Ferro

-Alumínio

-Cromada

- Hidrogênio metálico (sob pressões inimagináveis)

-Tungstênio

-Zircônio

-Titânio

-Magnésio

-Sódio

Molecular

Existe uma grande variedade de sólidos cristalinos moleculares. Praticamente qualquer composto orgânico que solidifique formará cristais se sua pureza for alta ou se sua estrutura não for muito complexa. Então nós temos:

-Ice (H₂OU)

-Gelo seco (CO₂)

-EU₂

-P₄

-S₈ (e seus polimorfos)

-Antraceno

- Oxigênio sólido

-Amoníaco sólido

-Fenolftaleína

-Ácido benzóico

Redes covalentes

E, finalmente, entre alguns sólidos cristalinos de redes covalentes, temos:

-Diamante

-Grafite

-Nanotubos de carbono

-Fullerenos

-Quartzo

-Silício

-Germânio

-Nitreto de boro

Desta lista, nanotubos de carbono e fulerenos também podem ser considerados como sólidos cristalinos moleculares. Isso porque, embora consistam em átomos de carbono ligados covalentemente, eles definem unidades que podem ser visualizadas como macromoléculas (bolas e tubos de futebol).

Referências

Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8ª ed.). CENGAGE Learning.
Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (Quarta edição). Mc Graw Hill.
Wikipedia. (2020). Cristal. Recuperado de: en.wikipedia.org
Chemistry LibreTexts. (16 de junho de 2019). Sólidos Cristalinos e Amorfos. Recuperado de: chem.libretexts.org
Rachel Bernstein e Anthony Carpi. (2020). Propriedades dos sólidos. Recuperado de: visionlearning.com