Enunciado
Física - Halliday - Vol 4- Ed: 10º - Capítulo 41.Problemas adicionais - Ex. 47
(a) Determine o ângulo entre ligações vizinhas na rede cristalina do silício. Na rede do silício, cada átomo está ligado a quatro outros átomos que formam um tetraedro regular (pirâmide formada por triângulo equilátero), no centro do qual se encontra o átomo considerado. (b). Determine o comprimento da ligação, dado que a distância entre os átomos dos vértices do tetraedro é 388 .
Passo 1
Em um cristal de silício, cada átomo ocupa o ponto central de um tetraedro formado por outros átomos de silício. Como as faces do tetraedro são triângulos equiláteros, a altura desses triângulos é , na qual é o lado do tetraedro. Vamos chamar de o ponto central de uma das faces. Imagine um segmento de reta partindo do átomo e terminando no ponto médio de um dos lados. Sabendo que esse segmento é a bissetriz do ângulo de do triângulo equilátero, é fácil mostrar que a distância entre o ponto e o ponto é . Imagine outro segmento de reta, perpendicular à face que contém o ponto , partindo do ponto e terminando em outro átomo de silício, que vamos chamar de . Este segundo segmento de reta é a altura do tetraedro. De acordo com o teorema de Pitágoras,
Vamos agora definir um sistema de coordenadas. Suponha que o átomo está no eixo , no ponto, e que o átomo está no eixo , no ponto. Nesse caso, o ponto está na origem. O ponto central do tetraedro está no eixo , em um ponto equidistante de e . Como os pontos e estão no eixo , a distância entre e é . De acordo com o teorema de Pitágoras, a distância entre e é . Assim,
O que nos da
E agora depois de muito sofrimento, podemos começar nosso problema.
Passo 2
- Usando notação de vetores unitários, escrevemos o vetor que liga e como
- O comprimento de ligação que é dado por é
O vetor que ligam e
Assim pela relação de produto escalar onde
Assim temos que