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Instituto Federal do Espírito Santo
Coordenadoria de Licenciatura em Química
Química Inorgânica
Cap. 3 – Estado sólido
3.1 Sólidos simples
Células unitárias e descrição das estruturas cristalinas, Empacotamento compacto e não
compacto, Cavidades
3.2 Metais e ligas
Polimorfismo, Raios metálicos, Ligas metálicas, Ligações metálicas
3.3 Sólidos iônicos
Estruturas típicas: AX, AX2, AaBbXn
Raios iônicos, Energia de ligação - entalpia de rede e ciclo de Born-Haber, modelo eletrostático
(Born-Mayer, Kapustinskii), Defeitos
Estrutura eletrônica: semicondutores, transistores
Cap 3 S&A; Cap3 J. D. Lee; Cap 6 Catherine Housecroft e A. G. Sharpe
A compreensão da química do estado sólido nos permite compreender as propriedades dos materiais
inorgânicos, dos metais e das ligas metálicas: a distribuição e constituição espacial, propriedades físico-
químicas, aplicações.
Vídeo1: Beauty of Crystallization – A Time Lapse Video about Crystal Growth
https://www.youtube.com/watch?v=lo0cp2uhxb0
Vídeo2:
Microscopic Time-Lapse: See the Crazy Chemistry of Reacting Metal | Short Film 
Showcase
https://www.youtube.com/watch?v=RSrLwG25euc
Vídeo3: Beautiful Chemical Reactions
https://www.youtube.com/watch?v=dQGreQyoXxI
4.1 Descrição das estruturas dos sólidos simples
O arranjo de átomos ou íons nas estruturas cristalinas sólidas simples podem ser representados por diferentes
arranjos de esferas rígidas.
Sólidos metálicos – esferas como átomos neutros.
Sólidos iônicos – esferas como cátions e ânions.
Células unitárias: 
O cristal de um elemento ou de um composto é construído a partir de elementos estruturais que se repetem 
regularmente, os quais podem ser átomos, moléculas ou íons. 
A rede cristalina é o padrão formado pelos pontos 3D (cada ponto rodeado de forma identica por seus pontos
vizinhos), infinito, e é usada para representar as posições destes elementos estruturais que se repetem.
Célula unitária:
Região imaginária, de lados paralelos (pe., um paralelepípedo), a partir do qual
um cristal inteiro pode ser construído .
É a menor unidade que, quando repetida em três dimensões, gera o cristal
inteiro.
Cristal: combinação de células unitárias que compartilham faces, arestas ou
vértices.
Escolhe-se a célula unitária menor e mais simétrica.
Vídeo3: Cubic Unit Cells and Their Origins
https://www.youtube.com/watch?v=KNgRBqj9FS8&t=207s
Parâmetros da célula unitária: os ângulos (, , ) e os comprimentos (a, b, c), usados para definir o
tamanho e a forma de uma célula unitária – parâmetros de rede.
Por convenção:  entre b e c;  entre a e c;  entre a e b.
As relações entre os parâmetros de rede nas três dimensões dão origem aos sistemas cristalinos:
Os sete sistemas cristalinos:
Parâmetro a no eixo x
Parâmetro b no eixo y
Parâmetro c no eixo z
As células unitárias e tipos de redes:
Cúbica primitiva: um ponto de rede na célula
unitária.
Cúbica de corpo centrado (ccc): dois pontos de
rede.
Cúbica de face centrada (cfc): quatro pontos de
rede.
Vídeo4: CBSE 12 Chemistry The Solid State - Unit 
Cells - Number Of Atoms In A Unit Cell
https://www.youtube.com/watch?v=qAeaHYSX0hs
Empacotamento compacto e não compacto de esferas
Os arranjos mais comuns de empacotamento compacto para esferas idênticas são os arranjos:
- empacotamento compacto hexagonal (ech ou hcp) ou agrupamento compacto hexagonal (ach);
- empacotamento compacto cúbico (ecc ou ccp) ou agrupamento compacto cúbico (acc);
- o ecc também pode ter o empacotamento cúbico de face centrada (cfc).
- Os átomos ou íons estão dispostos de maneira mais efetiva possível, ou seja, se encontram o mais
próximo possível uns dos outros.
- Cada esfera toca seis outras esferas numa mesma camada gerando um NC = 12, o maior número que a
geometria permite.
Vídeo5: Hexagonal Closed Packed Structure 3D Animation
https://www.youtube.com/watch?v=uKpr-9vmgsc
Vídeo6: Close Packing Cubic Close Packing & Hexagonal Close Packing – hcp, ccp
https://www.youtube.com/watch?v=YFIaDRTGU0g
Primeira camada A, em azul, com cada esfera tocando seis outras
esferas.
A segunda camada B só pode ser construída colocando as esferas nas
depressões entre as esferas da camada A.
Para dispor as terceira camada temos duas possibilidades:
ABA: a terceira camada se da com as esferas ocupando os orifícios Td
e coincidindo com as esferas da primeira camada – gera o
empacotamento compacto hexagonal (ech ou hcp).
ABC: as esferas da terceira camada C são dispostas sobre os orifício
Oh – gera o empacotamento compacto cúbico (ecc ou ccp).
CBSE Class 12 Chemistry, The Solid State – 9, Clove Packed
Structures: Packing in Three Dimensions
https://www.youtube.com/watch?v=PUU2KA3160k
Como se observa esferas nas arestas e nas faces do ecc então ele é também conhecido como
empacotamento cúbico de face centrada (efc).
FIGURE 3.3 For the hexagonal close-packed crystal structure, (a) a reduced-sphere unit cell (a and c represent the short 
and long edge lengths, respectively) and (b) an aggregate of many atoms. (William D. Callister, JR. Materials Science 
and Engineering an Introduction, John Wiley & Sons, Inc.)
Fig. 2 – Hexagonal compacta (NC=12). 
Fig. 1 – Estrutura cúbica de face centrada 
(NC = 12). 
FIGURE 3.1 For the face-centered cubic 
crystal structure: (a) a hard sphere unit cell 
representation, (b) a reduced-sphere unit cell, 
and (c) an aggregate of many atoms. (William 
D. Callister, JR. Materials Science and 
Engineering an Introduction, John Wiley & 
Sons, Inc.)
Cálculo do espaço ocupado
Cavidades: Tetraédricas e Octaédricas
Visualising Tetrahedral Voids and Octahedral voids
https://www.youtube.com/watch?v=g5VykTCVu3w
Sítio octaédrico (O): situa-se entre dois triângulos
planos de esferas em camadas vizinhas.
Sítio tetraédrico (T): é formado por um triângulo
plano de esferas que se tocam sobre um esfera
posicionada sobre a depressão elas.
Vídeo: 6 - Class 12 - Chemistry - Solid State - Three Dimensional Close Packing
https://www.youtube.com/watch?v=B1JzFAD1GAo
Vídeo: CLOSE PACKED STRUCTURES
https://www.youtube.com/watch?v=7TdNbg3Kt2c
Empacotamento cúbico de corpo centrado
→ O empacotamento das esferas ocorre segundo camadas de acordo com a Figura abaixo.
→ As esferas da camada ocupam as depressões da primeira camada e as esferas da terceira camada
ocupam as depressões da segunda camada.
→ As esferas da terceira camada também se situam imediatamente acima das esferas da primeira
camada.
Empacotamento não compacto
O NC = 8.
Apresenta 68% do espaço total ocupado.
FIGURE 3.2 For the body-centered cubic crystal structure, (a) a hard sphere unit cell representation, (b) a reduced-
sphere unit cell, and (c) an aggregate of many atoms. (William D. Callister, JR. Materials Science and Engineering an 
Introduction, John Wiley & Sons, Inc.)
Fig. 3 – Estrutura cúbica de corpo centrado (NC=8)
Vídeo: The TOP 7 crystal-growing experiments
https://www.youtube.com/watch?v=j-MqPHbLotE