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CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Estrutura Cristalina I
Fonte: https://www.rmit.edu.au/study-with-us/science/applied-science
CONTEÚDO ABORDADO
			ESTRUTURA DOS SÓLIDOS CRISTALINOS
Revisão;
Definição; 
Tipos de estruturas cristalinas;
Densidade teórica e fator de empacotamento das estruturas cristalinas;
Pontos, direções e planos cristalinos;
Densidade e fator de empacotamento linear e planar e distância interplanar;
Defeitos cristalinos.
4
2
revisão
 METAIS: Ligações iônicas (elementos metálicos e ametálicos) e Metálicas (apenas metais) – Capacidade de perder elétrons;
 POLÍMEROS: Ligações covalentes – Compartilhamento de 1 ou + pares de elétronsentre átomos;
 CERÂMICAS: Ligações iônicas. No caso dos vidros as ligações são covalentes pois a ≠ de eletronegatividade é pequena e o caráter iônicoé baixo, resultando no compartilhamento de elétrons. Fases: Cristalina, Vítrea e Porosa.
Lig. Iônicas – Não Direcionais
Lig. Covalentes – Altamente Direcionais
Lig. Metálicas – Não Direcionais
DEFINIÇÃO
COMO OS ÁTOMOS ESTÃO DISTRIBUÍDOS NO ESPAÇO?
Os átomos podem estar posicionados no espaço de forma organizada ou desorganizada:
ARRANJO ÁTÔMICO 
CRISTALINO
AMORFO
Átomos, moléculas ou íons arranjados de uma forma periódica em três dimensões (simetria translacional). 
As posições ocupadas seguem uma ordenação que se repete para muitas distâncias atômicas (de longo alcance). 
Átomos, moléculas ou íons que não apresentam uma ordenação de longo alcance (não possuem simetria translacional).
Podem apresentar ordenação de curto alcance. São exemplos: os líquidos e os sólidos vítreos.
DEFINIÇÃO
Diamante
CRISTALINOS
Grafite
Carbono
 amorfo
AMORFO
Carvão, fuligem e o carbono derivado de carboneto
DEFINIÇÃO
6
INTRODUÇÃO
INTRODUÇÃO
INTRODUÇÃO
INTRODUÇÃO
INTRODUÇÃO
As propriedades de alguns materiais estão diretamente associadas à sua estrutura cristalina.	
	Ex: magnésio e berílio que têm a mesma estrutura (HC) se deformam muito menos que ouro e 	prata (CFC) que têm outra estrutura cristalina.
Explica a diferença significativa nas propriedades de materiais cristalinos e não cristalinos de mesma composição.			
	Ex: Materiais transparentes, translúcidos opacos e não-cristalinos.
As propriedades dos materiais sólidos cristalinos depende da estrutura cristalina, ou seja, da maneira na qual os átomos, moléculas ou íons estão espacialmente dispostos.
A diferença no comportamento mecânico de um material sólido é definida no arranjo atômico, e conseqüentemente na sua estrutura cristalina.
INTRODUÇÃO
Qual a importância da estrutura cristalina?
A forma em que os átomos estão “arrumados” na estrutura definirá uma série de propriedades dos materiais. Conhecer quais tipos de arranjo cristalino são estáveis em um material e sua relação com fatores como adição de outros elementos químicos, temperatura e pressão permite que o engenheiro possa modificar suas propriedades dentro de uma faixa de propriedades que serão delimitadas pelas estruturas cristalinas possíveis de se obter. 
INTRODUÇÃO
Alotropia ou Polimorfismo:
Nitreto de Boro (BN)
Hexagonal
Romboédrica
Cúbica
Wurtzita
INTRODUÇÃO
ORDENAÇÃO DOS ÁTOMOS
Os materiais sólidos podem ser classificados de acordo com a regularidade na qual os átomos ou íons se dispõem em relação à seus vizinhos.
Cristal
Ordem a longo alcance
Ordem a curto alcance
Sem ordenamento
Vidro 
Gás
INTRODUÇÃO
ORDENAÇÃO DOS ÁTOMOS
Sem Ordenação:
Em gases, como o Ar e outros gases nobres
Se confinados, os gases não apresentarão nenhuma ordem entre seus átomos constituintes.
Argônio
Hélio
INTRODUÇÃO
ORDENAÇÃO DOS ÁTOMOS
Ordenamento a curto alcance:
Ângulos, distâncias e simetria com ordenação a curto alcance
Ocorre na H2O, que apresenta uma orientação preferencial, no SiO2 e no polietileno
em materiais não-cristalinos ou amorfos
H2O
SiO2
INTRODUÇÃO
ORDENAÇÃO DOS ÁTOMOS
Ordenamento a longo alcance:
Átomos ordenados em longas distâncias atômicas
formam uma estrutura tridimensional			REDE CRISTALINA 
Metais, muitas cerâmicos e alguns polímeros formam estruturas cristalinas sob condições normais de solidificação 
INTRODUÇÃO
ORDENAÇÃO DOS ÁTOMOS
Ordenamento a longo alcance:
A REDE é formada por átomos se repete regularmente
REDE conjunto de pontos espaciais que possuem vizinhança idêntica.
Na rede a relação com vizinhos é constante:
- simetria com os vizinhos;
- distâncias define o parâmetro de rede;
- ângulos entre arestas
PARÂMETROS DE DEFINEM UM CRISTAL
Exemplo esquemático de rede
INTRODUÇÃO
ORDENAÇÃO DOS ÁTOMOS
Como os cristais se formam??
Na solidificação ou por saturação de uma solução.
Solidificação: Cristais se formam no sentido contrário a retirada de calor
Saturação de uma solução:
Fonte: Costa, I.S.; Andrade, F. R.D. Experimentos didáticos de cristalização. TERRÆ DIDATICA 10-2:91-104 2014
Mais baixa energia livre
Maior empacotamento
INTRODUÇÃO
CÉLULA UNITÁRIA
As estruturas ideais apresentam baixa energia e maior empacotamento, já as reais compreendem os defeitos possíveis nas ideais.
As estruturas ideais compreendem diferentes sistemas cristalinos
CÉLULA UNITÁRIA: menor subdivisão da rede cristalina que retém as características de toda a rede.
Arranjo de átomos em um cristal
Rede cristalina
Célula unitária
INTRODUÇÃO
CÉLULA UNITÁRIA
Representação da célula unitária CFC:
INTRODUÇÃO
CÉLULA UNITÁRIA
As estruturas ideais compreendem:
diferentes sistemas cristalinos	
ângulos  α, β, γ
tamanho das arestas  a, b, c
- sistemas cristalinos: 	7 diferentes 
- redes de Bravais:		14 diferentes
:
Existem 14 tipos diferentes: redes de Bravais, agrupadas em sete tipos de estruturas cristalinas (sistemas cristalinos). 
INTRODUÇÃO
CÉLULA UNITÁRIA - SISTEMAS CRISTALINOS
INTRODUÇÃO
CÉLULA UNITÁRIA - SISTEMAS CRISTALINOS 
INTRODUÇÃO
CÉLULA UNITÁRIA: 7 Sistemas cristalinos e 14 redes de Bravais
Metais cristalizam preferencialmente:
- hexagonal
- CCC
- CFC
- CS  muito raro
METAIS
Ligação metálica  não-direcional: não há restrições quanto ao número e posições dos vizinhos mais próximos.
Estrutura cristalina dos metais têm geralmente um número de vizinhos grandes e alto empacotamento atômico.
Romboédrico
Hexagonal
INTRODUÇÃO
CÚBICA: 
Ex. Fluorita (CaF2) 
HEXAGONAL: 
Ex. Berílio (Be3Al2Si6O18)
Hanksita 
[Na22K(SO4)9(CO3)2 Cl]
TETRAGONAL: 
Ex. Zirconita
[ZrSiO4]
Vulfenita [Pb(MoO4)]
26
INTRODUÇÃO
ORTORRÔMBICO: 
Ex. Aragonita (CaCO3)
MONOCLÍNICO: 
Ex. Manganita [MnO(OH)],
Ortoclase [(KAlSi3O8)]
TRÍCLÍNICO: 
Ex. Microclina [KAlSi3O8]
Rodonita [(Mn, Fe, Mg, Ca)SiO3]
INTRODUÇÃO
NÚMERO DE ÁTOMOS POR CÉLULA UNITÁRIA
É o número específico de pontos da rede que define cada célula unitária.
Átomo no vértice da célula unitária cúbica: partilhado por sete células unitárias em contato
somente 1/8 de cada vértice pertence a uma célula particular.
Átomo da face centrada:	partilhado por duas células unitárias
INTRODUÇÃO
NÚMERO DE ÁTOMOS POR CÉLULA UNITÁRIA – SISTEMA CÚBICO
Cúbico Simples (CS)
Cúbico de corpo centrado (CCC)
Cúbico de face centrada (CFC)
1 Átomo
2 Átomos
4 Átomos
Sistema - Rede de Bravais
Número de átomos na célula unitária
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