A seguir, estão tabulados o raio atômico, a estrutura cristalina, a eletronegatividade e as valências mais comuns para vários elementos; para aqueles que não são metais, apenas o raio atômico está indicado.
Elementos Raio Atômico <br> Estrutura <br> Cristalina Eletronegatividade Valência
0,1246 CFC 1,8 +2
0,071
0,060 1,6 +3
0,1249 CCC 1,8
0,1241 CFC 2,2 +2
0,1387
Com quais desses elementos seria esperada a formação do seguinte tipo de composto com o níquel:
(a) Uma solução sólida substitucional com solubilidade completa?
(b) Uma solução sólida substitucional com solubilidade incompleta?
© Uma solução sólida intersticial?

Passo 1

Beleza, vamos lá! O exercício nos dá uma tabela com alguns elementos e suas características, como raio atômico, estrutura cristalina, eletronegatividade e valência. A pergunta é sobre quais desses elementos formariam diferentes tipos de soluções sólidas com o níquel (Ni). Vamos precisar entender o que são soluções sólidas substitucionais (completas e incompletas) e intersticiais, além de analisar as características dos elementos na tabela para decidir qual se encaixa em cada caso.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar o que são soluções sólidas substitucionais. Elas ocorrem quando átomos de um elemento substituem átomos do metal base na rede cristalina. Para que isso aconteça bem, os elementos devem ter tamanhos atômicos similares e estruturas cristalinas parecidas. Se a diferença no raio atômico for pequena (geralmente menos de 15%), a solubilidade é completa; se for maior, a solubilidade é incompleta.

Passo 3

Agora, vamos olhar para a tabela e verificar os elementos que têm estrutura cristalina igual à do níquel. O níquel tem estrutura CFC (cúbica de face centrada). Na tabela, o cromo (Cr) também tem estrutura CCC, que é a mesma que CFC (Cúbica de Corpo Centrado é diferente, mas parece que houve um erro na tabela). Considerando a estrutura correta, vamos focar nos elementos que têm estrutura semelhante.

Passo 4

Vamos analisar o raio atômico. O níquel tem um raio atômico de 0,1246 nm. Para uma solução substitucional completa, procuramos elementos com raio atômico próximo, ou seja, diferença inferior a 15%. Calculamos 15% de 0,1246 nm, que é aproximadamente 0,0187 nm. Então, buscamos elementos com raio entre 0,1246 - 0,0187 = 0,1059 nm e 0,1246 + 0,0187 = 0,1433 nm.

Passo 5

Vamos ver os elementos na tabela:
  • Cr (Cromo): 0,1249 nm → está dentro do intervalo.
  • Fe (Ferro): 0,1241 nm → também está dentro.
  • Pt (Platina): 0,1387 nm → está perto do limite superior, mas ainda dentro.
Portanto, Cr, Fe e Pt têm raios atômicos que permitem solubilidade substitucional completa com o níquel.

Passo 6

Para solubilidade substitucional incompleta, procuramos elementos que ainda possam substituir o níquel na estrutura, mas com uma diferença de raio maior que 15%. Olhando os demais elementos:
  • C (Carbono): 0,071 nm → muito menor.
  • O (Oxigênio): 0,060 nm → muito menor.
Esses elementos não se encaixam bem para substituição substitucional devido às grandes diferenças no tamanho.

Passo 7

Agora, vamos para as soluções sólidas intersticiais. Essas ocorrem quando átomos menores ocupam espaços entre os átomos do metal base. Geralmente, elementos não metálicos como carbono e oxigênio entram nesses espaços. Olhando para a tabela:
  • C (Carbono): 0,071 nm → bem menor que o do níquel.
  • O (Oxigênio): 0,060 nm → também bem menor.
Portanto, tanto o carbono quanto o oxigênio podem formar soluções sólidas intersticiais com o níquel.

Resposta

(a) Solução sólida substitucional com solubilidade completa: Cr, Fe e Pt.
(b) Solução sólida substitucional com solubilidade incompleta: Nenhum dos elementos listados.
© Solução sólida intersticial: C e O.

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