RESUMO 4 Ciências dos Materiais

Prévia do material em texto

INTERNAL 
CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
Resumo 4 
 
MATERIAIS CERÂMICOS 
Os materiais cerâmicos são constituídos por elementos metálicos e não-
metálicos que na maioria das vezes possuem ligações de natureza iônica. 
Normalmente são incluídos nessa classe os óxidos, nitretos e carbetos e como 
exemplos podemos citar refratários, cimento, vidro e porcelana. Devido a 
natureza de suas ligações químicas estes materiais normalmente são isolantes 
térmicos e elétricos, além de serem duros e frágeis e resistirem a elevadas 
temperaturas. São utilizados pela humanidade desde os tempos neolíticos e até 
hoje têm uma grande importância, atuando em vários setores, como o 
automotivo, eletrônico, construção civil e aeroespacial. Esses materiais estão por 
toda parte, a indústria cerâmica é responsável pela fabricação de pisos, azulejos, 
tijolos, lajes, telhas e vidro, que são muito utilizados na construção civil. Devido 
ao seu elevado ponto de fusão, as cerâmicas são resistentes a altas 
temperaturas e por isso são utilizadas na construção de fornos siderúrgicos e 
blindagem ao aquecimento nos ônibus espaciais. 
 
ESTRUTURAS CERÂMICAS 
A estrutura dos materiais cerâmicos pode ser extremamente complexa à 
medida que pode ser formada por um número elevado de átomos com diferentes 
funções. Essa estrutura como a de outros materiais, é determinada pela natureza 
das ligações atômicas presentes, bem como das características dos elementos 
envolvidos em tais ligações. Na maioria dos materiais cerâmicos, a estrutura é o 
resultado da quantidade relativa de ligações iônicas e covalentes presentes, 
cujas parcelas dependem basicamente da eletronegatividade dos átomos 
envolvido. 
 
 
INTERNAL 
CERÂMICAS A BASE DE SILICATO 
Os silicatos são materiais compostos principalmente pelo oxigênio e o 
silício,sendo que esses são os dois elementos mais abundantes na crosta 
terrestre. Grande partede solos, rochas, argilas e areia se enquadra na 
classificação de silicatos. Ao invés decaracterizar suas estruturas cristalinas por 
células unitárias é mais acessível usar váriosarranjos do tetraedro. 
Os silicatos são classificados com base nas formas pelas quais os 
tetraedros deSiO-4 se unem uns aos outros ou a outros cátions, onde surge 
arranjos unidimensionais, bidimensionais e tridimensionais. 
 
SÍLICA 
A sílica ou dióxido de silicio é quimicamente o silicato mais 
simples.Estruturalmente apresenta-se em uma rede tridimensional que ocorre 
quando todos osátomos de oxigênio localizados nos vértices de cada tetraedro 
são compartilhados por tetraedros adjacentes, dando origem a um material 
neutro e com todos os átomoseletronicamente estáveis. Existem três form 
cristalinas polimórficas principais para asílica: quartzo, cristobalita e tridimita. 
sílica é possivelmente o material cerâmico de uso mais amplo, esses 
materiaissão bastante usados em isolamentos térmicos, como refrátarios ou 
abrasivos; em fibras para reforçar materiais compósitos; e varias vidrarias 
 
VIDROS A BASE DE SÍLICA 
A sílica também pode existir como um sólido ou vidro não-cristalino, tendo 
um alto grau de aleatoriedade atômica, que é característico do líquido; tal 
material é chamado sílica fundida ou sílica vítrea. Os vidros inorgânicos comuns 
que são usados para recipientes, janelas e assim por diante, são vidros de sílica 
aos quais foram adicionados óxidos, tais como CaO e Na2O. Esses óxidos não 
formados por redes poliédricas. Ao invés disso, os seus cátions são incorporados 
e modificam a rede de SiO4 -4 ; por esta razão, esses óxidos aditivos são 
denominados modificadores de rede. 
 
INTERNAL 
 
OS SILICATOS 
Para os vários minerais à base de silicato, um, dois ou três átomos de 
oxigênio nos vértices dos tetraedros SiO4 4- são compartilhados por outros 
tetraedros para formar estruturas bastantes complexas. Algumas destas, 
representadas na Figura 9. Cátions positivamente carregados tais como Ca2+, 
Mg2+ e Al3+ servem para dois propósitos, primeiro, eles compensam as cargas 
negativas das unidades SiO4 4- de maneira que a neutralidade elétrica seja 
encontrada; e, segundo, estes cátions unem ionicamente os tetraedros SiO4 4- 
entre si. 
Silicato simples: Dentre esses silicatos, aqueles mais estruturalmente 
simples envolvem tetraedros isolados; 
Silicatos em Camadas: Uma estrutura bidimensional em lâminas ou 
camadas pode também ser produzida pelo compartilhamento de três íons 
oxigênio em cada um dos tetraedros. 
 
CARBONO 
O carbono é um elemento que existe em várias formas polimórficas e 
também no estado amorfo. Esse grupo de materiais não se enquadra, na 
realidade, dentro de qualquer um dos esquemas de classificação tradicionais 
para metais, cerâmicas e polímeros. Entretanto uma das formas da Grafita 
polimórficas, é algumas vezes classificada como uma cerâmica e, além disso, a 
estrutura cristalina do diamante, uma outra forma polimórfica do carbono, é 
semelhante àquela apresentada pela blenda de zinco. 
 
DIAMANTE 
A temperatura e pressão atmosférica ambientes, o diamante é um 
polimorfo metaestável do carbono. A sua estrutura cristalina é uma variação da 
 
INTERNAL 
blenda de zinco, onde os átomos de carbono ocupam todas as posições (tanto 
do Zn como do S), como está indicado na célula unitária mostrada. 
As propriedades físicas do diamante o tornam um material extremamente 
atrativo. Ele é extremamente duro (o material mais duro conhecido) e possui uma 
condutividade elétrica muito baixa; essas características são devidas à sua 
estrutura cristalina e às fortes ligações interatômicas covalentes. 
As propriedades mecânicas, elétricas e óticas das películas de diamante 
se aproximam daquelas do diamante bruto. Essas propriedades desejáveis 
foram e continuarão a ser exploradas de modo a criar produtos novos e 
melhores. Por exemplo, as superfícies de perfuratrizes, matrizes, mancais e 
facas, além de outras ferramentas, têm sido revestidas com películas de 
diamante com o objetivo de aumentar a dureza superficial desses materiais; 
algumas lentes e redomas podem ser tornadas mais resistentes, enquanto as 
suas propriedades de transparência ainda são mantidas pela aplicação de 
revestimentos à base de diamante; tais revestimentos também têm sido 
aplicados em tweeters de alto-falantes e a micrômetros de alta precisão. 
 
GRAFITA 
Um outro polimorfo do carbono é a grafita; ela possui uma estrutura 
cristalina muito diferente daquela apresentada pelo diamante, e também é mais 
estável do que o diamante à temperatura e pressão atmosférica ambientes. A 
estrutura da grafita é composta por camadas de átomos de carbono em um 
arranjo hexagonal; dentro das camadas, cada átomo de carbono está ligado a 
três átomos vizinhos coplanares através de fortes ligações covalentes. O quarto 
elétron de ligação participa em uma fraca ligação do tipo de van der Waals entre 
as camadas. Como consequência dessas fracas ligações Inter planares, a 
clivagem Inter planar é fácil, o que dá origem às excelentes propriedades 
lubrificantes da grafita. 
 
FULLERENOS 
 
INTERNAL 
Uma outra forma polimórfica do carbono foi descoberta em 1985. Ela 
existe como uma forma molecular discreta, e consiste em um aglomerado 
esférico oco contendo sessenta átomos de carbono; uma única molécula é 
representada por C60. Cada molécula é composta por grupos de átomos de 
carbono que estão ligados uns aos outros de modo a formar configurações 
geométricas tanto hexagonais (com seis átomos de carbono), como pentagonais 
(com cinco átomos de carbono). 
O material composto por moléculas de C60 é conhecido por 
buckminste,fullereno, em homenagem a R. Buckminster Fuller, inventor do domo 
geodésico. Cada molécula de C60 é simplesmente uma réplica molecular de tal 
domo, que é conhecido pelo nome abreviado de "bola de bucky" (buckyball). 
O diamante e a grafita são o que pode ser chamado de sólidos de rede 
cristalina, no sentido em quetodos os átomos de carbono formam ligações 
principais com átomos adjacentes ao longo de toda a extensão do sólido. De 
maneira contrária, os átomos de carbono no buckminsterfullereno se ligam uns 
aos outros de modo a formar essas moléculas esféricas. No estado sólido, as 
unidades de C60 formam uma estrutura cristalina e se compactam em um arranjo 
cúbico de faces centradas.