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 |
---|---|---|---|
|
|
CFC |
|
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 |
|
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:
-
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.
-
Mesma Estrutura Cristalina: Os dois elementos devem ter a mesma estrutura cristalina para que possam se substituírem sem causar muito estresse na rede.
-
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.