Sólidos amorfos: estrutura, propriedades, exemplos

Sólidos amorfos: estrutura, propriedades, exemplos

Os sólidos amorfos são aqueles sem uma estrutura ordenada de longo alcance. Eles são o oposto do que é conhecido como um sólido cristalino. Suas partículas se associam de maneira desordenada, semelhante à dos líquidos, mas com força suficiente para se unir em uma estrutura sólida.

Esse caráter amorfo é mais comum do que você imagina; é de fato um dos estados possíveis que a matéria condensada pode adotar . Por isso, entende-se que qualquer composto capaz de solidificar e, portanto, cristalizar, também pode aglomerar-se de maneira desordenada se as condições experimentais permitirem.

O acima mencionado geralmente se aplica a substâncias puras, sejam elementos ou compostos. Mas também é válido no caso de misturas. Muitas misturas sólidas são amorfas, como algodão doce, chocolate, maionese ou purê de batatas.

O fato de um sólido ser amorfo não o torna menos valioso que o cristalino. Às vezes, a desordem estrutural lhe confere propriedades únicas que não apresentariam em uma condição cristalina. Por exemplo, na indústria fotovoltaica, o silício amorfo é preferido sobre o silício cristalino para certas aplicações em pequena escala.

Estrutura de sólidos amorfos

A estrutura de um sólido amorfo é confusa; falta periodicidade ou padrão estrutural. A imagem acima ilustra esse ponto. A corresponde a um sólido cristalino, enquanto B representa um sólido amorfo. Observe que os diamantes roxos são organizados arbitrariamente em B, mesmo que o mesmo tipo de interação exista em A e B.

Se também observarmos B, veremos que existem espaços que parecem estar vazios; isto é, a estrutura apresenta defeitos ou irregularidades. Portanto, parte do distúrbio microscópico ou interno de um sólido amorfo se deve ao fato de suas partículas “assentarem” de tal maneira que a estrutura resultante tem muitas imperfeições.

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Na primeira menção foi feita a extensão em que os sólidos amorfos foram ordenados. Em B, dificilmente há um par de diamantes que parecem estar alinhados de maneira ordenada. Pode haver regiões ordenadas; mas apenas a curto alcance.

Diz-se então que um sólido amorfo é feito de pequenos cristais imensuráveis ​​de diferentes estruturas. A soma de todas essas estruturas acaba se tornando labiríntica e sem sentido: a estrutura global se torna amorfa, composta de intermináveis ​​blocos cristalinos espalhados por toda parte.

Propriedades

As propriedades de um sólido amorfo variam dependendo da natureza de suas partículas constituintes. No entanto, existem certas características gerais que podem ser mencionadas. Os sólidos amorfos podem ser vítreos quando apresentam aspectos semelhantes aos cristais; ou gelatinoso, resinoso ou em pó.

Como suas estruturas são desordenadas, elas não geram espectros confiáveis ​​de difração de raios X. Da mesma forma, seus pontos de fusão não são precisos, mas cobrem uma variedade de valores.

Por exemplo, o ponto de fusão de um sólido amorfo pode variar de 20 a 60 ° C. Enquanto isso, os sólidos cristalinos derretem a uma temperatura específica ou em uma faixa estreita, se contiverem muitas impurezas.

Outra característica dos sólidos amorfos é que, quando se quebram ou se fraturam, não originam fragmentos geométricos e de face plana, mas fragmentos irregulares e de face curva. Quando não são vítreos, aparecem como corpos opacos e empoeirados.

Preparação

Mais do que um sólido amorfo, esse conceito deve ser tratado como um ‘estado amorfo’. Todos os compostos (iônicos, moleculares, poliméricos, metálicos, etc.) são capazes, até certo ponto, e se as condições experimentais permitirem, de formar sólidos amorfos e não cristalinos.

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Por exemplo, nas sínteses orgânicas, os compostos sólidos são inicialmente obtidos como massas empoeiradas. Seu conteúdo de impurezas é tão alto que afeta sua ordem molecular a longo prazo. É por isso que, quando o produto recristaliza repetidamente, o sólido se torna cada vez mais cristalino; perde seu caráter amorfo.

Isso não significa, no entanto, que sólidos amorfos são necessariamente materiais impuros; vários deles são amorfos por sua própria natureza química.

Uma substância pura pode solidificar amorfamente se seu líquido for resfriado repentinamente, para que suas partículas não se cristalizem, mas adotem uma configuração vítrea. O resfriamento é tão rápido que as partículas não têm tempo suficiente para acomodar os blocos cristalinos que mal nascem.

A água, por exemplo, é capaz de existir em um estado vítreo e amorfo, e não apenas como gelo.

Exemplos de sólidos amorfos

Minerais e plásticos

Praticamente qualquer material cristalino pode estar em conformidade com uma forma amorfa (e vice-versa). Isso acontece com alguns minerais, que por razões geoquímicas não podiam estabelecer formalmente seus cristais convencionais. Outros, no entanto, não formam cristais, mas copos; é o caso da obsidiana.

Por outro lado, os polímeros tendem a se solidificar amorfamente, uma vez que suas moléculas são grandes demais para definir uma estrutura ordenada. Aqui entram as resinas, as borrachas, o isopor (anime), os plásticos, o Teflon, a Baquelite, entre outros.

Tecido biológico

Os sólidos biológicos são principalmente amorfos, como: tecido de órgão, pele, cabelo, córnea, etc. Da mesma forma, gordura e proteína formam massas amorfas; no entanto, com a preparação adequada, eles podem cristalizar (cristais de DNA, proteínas, gorduras).

Óculos

Embora tenha sido deixado quase por último, o sólido amorfo mais representativo é de longe o próprio vidro. Sua composição é essencialmente a mesma que a do quartzo: SiO 2 . O cristal de quartzo e o vidro são redes covalentes tridimensionais; apenas que a rede de vidro é desordenada, com ligações Si-O de diferentes comprimentos.

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O vidro é o sólido amorfo por excelência, e os materiais que adquirem uma aparência semelhante têm um estado vítreo.

Carbono e metais

Temos carbono amorfo, sendo o carvão ativado um dos mais importantes por suas capacidades absorventes. Há também silício amorfo e germânio, com aplicações eletrônicas onde atuam como semicondutores.

E, finalmente, existem ligas amorfas, que devido à disparidade de seus átomos de metal conformes, não estabelecem uma estrutura cristalina.

Referências

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