Adaptação exercício 4.6 - Livro Ciência e Engenharia de Materiais - Uma Introdução - 9ạ Ed Na tabela a seguir estão tabulados o raio atômico, a estrutura cristalina e a valência mais comum para vários elementos. Considere que todos os elementos apresentem valores próximos de eletronegatividade. Com quais destes elementos seria esperada a formação de solução sólida substitucional com solubilidade total com o cobre como hospedeiro? Justifique.
Elemento Raio Atômico (nm) Estrutura Cristalina Valência
C u 0 , 1 2 7 8 CFC +2
Ag 0,1445 CFC +1
Cr 0,1249 CCC +3
Nj 0,1246 CFC +2
Pd 0,1376 CFC +2
Pt 0,1387 CFC +2
Z n 0,1332 HC +2

Passo 1

Beleza, vamos lá! A gente tem uma tabela com vários elementos, mostrando o raio atômico, a estrutura cristalina e a valência deles. A pergunta é: quais desses elementos conseguem se misturar totalmente com o cobre formando uma solução sólida substitucional? Para resolver isso, vamos precisar entender sobre raios atômicos, estruturas cristalinas e valência, além de saber o que faz uma solução sólida ser substitucional.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que é uma solução sólida substitucional. Isso acontece quando átomos de um elemento (o soluto) substituem átomos de outro elemento (o solvente, que aqui é o cobre) na estrutura cristalina sem alterar muito a estrutura original. Para isso, alguns critérios precisam ser atendidos:
  1. Raios Atômicos Compatíveis: Os raios atômicos dos dois elementos devem ser bem parecidos. Uma diferença de até 15% geralmente permite que os átomos se encaixem na mesma estrutura.
  2. Mesma Estrutura Cristalina: Os dois elementos devem ter a mesma estrutura cristalina para que possam se substituírem sem causar muito estresse na rede.
  3. Valência Similar: Ter valências semelhantes ajuda na estabilidade da solução sólida.
Vamos aplicar esses critérios aos elementos da tabela.

Passo 3

Comparando os Raíos Atômicos:
  • Cobre (Cu): 0,1278 nm
  • Prata (Ag): 0,1445 nm → Diferença ≈ 13%
  • Cromo (Cr): 0,1249 nm → Diferença ≈ 2,5%
  • Níquel (Ni): 0,1246 nm → Diferença ≈ 2%
  • Paládio (Pd): 0,1376 nm → Diferença ≈ 7,7%
  • Platina (Pt): 0,1387 nm → Diferença ≈ 8,5%
  • Zinco (Zn): 0,1332 nm → Diferença ≈ 4,4%
Todas as diferenças estão abaixo dos 15%, então em termos de raio atômico, todos os elementos seriam candidatos.

Passo 4

Analisando a Estrutura Cristalina:
  • Cobre (Cu) tem estrutura CFC (Cúbica de Face Centrada).
  • Prata (Ag), Níquel (Ni), Paládio (Pd) e Platina (Pt) também têm estrutura CFC.
  • Cromo (Cr) tem estrutura CCC (Cúbica de Corpo Centrado).
  • Zinco (Zn) tem estrutura HC (Hexagonal Compacta).
Então, os elementos que têm a mesma estrutura cristalina que o cobre são: Prata, Níquel, Paládio e Platina.

Passo 5

Verificando a Valência:
  • Cobre (Cu): +2
  • Prata (Ag): +1
  • Níquel (Ni): +2
  • Paládio (Pd): +2
  • Platina (Pt): +2
  • Cromo (Cr): +3
  • Zinco (Zn): +2
A maioria tem valência +2, que é exatamente a do cobre, exceto a prata que tem +1 e o cromo com +3. A prata, apesar da valência diferente, costuma formar soluções sólidas substitucionais com o cobre porque a diferença na valência não impede a substituição quando os outros critérios são atendidos.

Resposta

Portanto, os elementos Prata (Ag), Níquel (Ni), Paládio (Pd) e Platina (Pt) são esperados para formar soluções sólidas substitucionais com solubilidade total no cobre como hospedeiro.

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