E1 Estrutura Cristalina e Ligação Iônico-Covalente

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A natureza mista da ligação química de uma cerâmica — tanto iônica quanto covalente — é o ponto de partida deste modelo, e seu efeito final é a fragilidade característica da cerâmica: uma fragilidade que resulta da combinação de dois aspectos distintos da estrutura cristalina, um decorrente da própria ligação química e o outro da geometria em que os íons estão dispostos uns em relação aos outros. Como essa fragilidade resulta da combinação de dois aspectos distintos, ela não pode ser explicada observando-se apenas um deles. Primeiro, desenvolveremos o aspecto decorrente da ligação.

Essa ligação iônica-covalente possui um grau de caráter iônico, medido pela regra de Pauling. Uma maior diferença de eletronegatividade entre os átomos na ligação resulta em um maior caráter iônico; uma menor diferença resulta em uma ligação mais covalente.

Uma ligação iônica mais forte resulta em uma maior energia da rede cristalina: quanto mais iônica a ligação entre os íons que formam a estrutura, mais forte a atração eletrostática entre eles e mais energia da rede o cristal acumula.

O outro fator que contribui para a fragilidade das cerâmicas decorre da geometria em que esses mesmos íons estão dispostos: a razão entre o raio do cátion e o raio do ânion determina o número de coordenação, ou seja, quantos íons vizinhos de carga oposta circundam cada íon dentro da estrutura cristalina. Uma razão maior entre os raios do cátion e do ânion — um cátion maior em relação ao ânion — permite que mais ânions se encaixem ao redor de cada cátion e, portanto, aumenta o número de coordenação; uma razão menor permite que menos ânions se encaixem e diminui o número de coordenação. O fato de a energia reticular resultante do caráter iônico da ligação e o número de coordenação resultante da razão entre os raios do cátion e do ânion atuarem em conjunto — e não separadamente — significa que, juntos, eles determinam a fragilidade característica das cerâmicas, conforme previsto por este modelo: nenhum deles, isoladamente, é suficiente para explicar essa fragilidade.

Portanto, essa fragilidade característica das cerâmicas, que deriva da natureza mista da ligação química que deu origem a este modelo, informa conceitualmente outro modelo dentro deste conjunto, aquele que descreve as propriedades mecânicas básicas das cerâmicas com base nessa mesma fragilidade. Estabelecer essa fragilidade aqui permite que o outro modelo a utilize como ponto de partida sem precisar redefini-la.

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