Questão de Química — Substâncias e suas propriedades — IBFC 2024

Estruturas cristalinas dos sólidos

Gabarito: letra A (V – F – F). A primeira afirmativa está correta, pois define com precisão o que é um material cristalino: átomos organizados em um arranjo periódico e repetitivo em longas distâncias. A segunda é falsa, porque a ligação metálica é não direcional — os elétrons deslocalizados formam uma nuvem que envolve os cátions, sem direcionamento específico. A terceira também é falsa, pois as células unitárias mais comuns são cubos (cúbica simples, de corpo centrado, de face centrada), não tetraedros.

Para entender a questão, é preciso dominar dois conceitos centrais da ciência dos materiais: o que define um sólido cristalino e como se caracteriza a ligação metálica. Um material cristalino é aquele em que os átomos, íons ou moléculas se repetem de forma ordenada e periódica nas três dimensões, formando uma rede cristalina. Essa periodicidade é o que distingue os cristais dos materiais amorfos, como o vidro, cujos átomos se organizam de maneira desordenada. A definição da primeira afirmativa é exatamente a que se encontra nos livros de ciência dos materiais — por isso ela é verdadeira.

A ligação metálica, por sua vez, é o que mantém unidos os átomos de um metal. No modelo do "mar de elétrons", os átomos doam seus elétrons de valência, que passam a circular livremente por todo o retículo cristalino, formando uma nuvem eletrônica deslocalizada. Essa nuvem atrai igualmente todos os cátions, sem preferência por direção — a ligação é, portanto, não direcional. É justamente essa característica que explica a maleabilidade e a ductibilidade dos metais: as camadas de átomos podem deslizar umas sobre as outras sem romper a ligação, pois a nuvem eletrônica se reorganiza. Se a ligação fosse direcional, como a covalente, os metais seriam quebradiços, o que não ocorre. A segunda afirmativa inverte essa lógica ao afirmar que a ligação é direcional — por isso é falsa.

A terceira afirmativa trata das células unitárias, que são as menores unidades repetitivas de uma estrutura cristalina. A maioria dos metais e de muitos compostos iônicos cristaliza em estruturas cúbicas: cúbica simples (CS), cúbica de corpo centrado (CCC) e cúbica de face centrada (CFC). Existem também estruturas hexagonais (HC), mas a forma geométrica predominante é o cubo, não o tetraedro. A afirmativa diz que as células unitárias são "tetraedros com conjuntos de faces perpendiculares", o que é um erro duplo: a forma típica é cúbica, e as faces de um cubo são perpendiculares entre si, mas isso não se aplica a tetraedros. Portanto, a afirmativa é falsa.

A banca explora aqui uma confusão comum: associar a ligação metálica a algo "direcional" por causa da robustez dos metais, quando na verdade a robustez vem da força da ligação não direcional e da mobilidade eletrônica. Além disso, troca a forma geométrica da célula unitária (cubo) por tetraedro, que é a geometria de algumas moléculas, não de células unitárias metálicas. Guarde esses dois pontos: ligação metálica = não direcional; célula unitária típica = cúbica.

Afirmativa 1 — ✅ Verdadeira

A definição está correta: material cristalino é aquele com arranjo periódico e repetitivo de átomos ao longo de grandes distâncias atômicas. É exatamente o conceito de rede cristalina, que se contrapõe ao material amorfo. A afirmativa reproduz a definição clássica da ciência dos materiais.

Afirmativa 2 — ❌ Falsa

A ligação metálica é não direcional. Os elétrons deslocalizados formam uma nuvem que envolve os cátions, sem direcionamento específico. Essa característica é que confere maleabilidade e ductibilidade aos metais. A afirmativa erra ao dizer que a ligação é direcional — o que daria aos metais um comportamento quebradiço, típico de materiais com ligações direcionais, como os covalentes.

Afirmativa 3 — ❌ Falsa

As células unitárias mais comuns são cúbicas (CS, CCC, CFC) e, em alguns casos, hexagonais. A afirmativa erra ao dizer que são tetraedros. Além disso, a expressão "conjuntos de faces perpendiculares" não se aplica a tetraedros, que têm faces triangulares, não perpendiculares entre si. A forma correta é o cubo, cujas faces são perpendiculares.

Gabarito: letra A (V – F – F).