3.10. Cristais Moleculares (I)

Quando duas espécies de átomos são ligadas primariamente por ligações iônicas ou covalentes, é possível formarem-se moléculas discretas. Quando as ligações primárias são totalmente satisfeitas dentro de uma subunidade, as diversas subunidades devem ligar-se umas às outras por um tipo de ligação diferente das primárias. Nesses cristais moleculares, as subunidades são mantidas juntas por meio de ligações secundárias fracas.
Quando a ligação primária é iônica, moléculas discretas são formadas se a carga do cátion iguala o produto (carga do ânion x Número de Coordenação). Um exemplo deste tipo de cristal molecular é (tetrafluoreto de silício), no qual os tetraedros (de F em torno de Si) estão arranjados segundo uma rede CCC. Outro exemplo é o mineral brucita , no qual os íons estão envolvidos octaedricamente por íons .Os octaedros de coordenação estão numa camada, de modo que cada íon é compartilhado por três íons de Mg (1) (Veja Tópico 14, Figura 3.x e Tópico 14, Figura 3.y). Tal camada é, então, uma molécula e é fracamente ligada a outras camadas por ligações de van der Waals .
No gelo, as ligações primárias são covalentes e as secundárias são fracas ligações iônicas (pontes de hidrogênio). O hidrogênio pode formar apenas uma ligação covalente porque seu único orbital de ligação é o orbital 1s. Então, a molécula de água é formada de um átomo de oxigênio com suas duas ligações covalentes satisfeitas por dois átomos de hidrogênio. O ângulo entre os átomos de hidrogênio na molécula de água é de cerca de 104,5°. No estado sólido, cristalino, os átomos de hidrogênio ligam as moléculas entre si por meio de pontes de hidrogênio, iônica ou dipolar. O arranjo das moléculas de água num cristal de gelo é apresentado esquematicamente na Figura 3.r mostrando-se a origem da simetria hexagonal dos flocos de neve. Como o ângulo da ligação H—O—H é próximo do ângulo do tetraedro (109º28’), a estrutura pode ser visualizada como uma estrutura hexagonal de ZnS, na qual tanto o Zn com o S são substituídos por O e os íons de hidrogênio (prótons) localizam-se nas linhas que unem os oxigênios mais próximos. Cada átomo de hidrogênio está sempre mais perto de um dos átomos de oxigênio do que do outro, preservando a natureza molecular do cristal. Também é possível, de outro modo, encarar os oxigênios como ocupantes das posições atômicas de um análogo hexagonal da estrutura cristalina do diamante.

Figura 3.r. O arranjo tetraédrico de átomos de oxigênio na estrutura cristalina do gelo. Observar que entre dois átomos de oxigênio(O) sempre existe um átomo de hidrogênio(H), seus vizinhos mais próximos.