Aula 3 - Estrutura Cristalina

Prévia do material em texto

Estrutura Cristalina dos Sólidos
Tecnologia dos Materiais
Prof. João Victor Soares Chagas
• Materiais cristalinos: Aqueles que possuem
átomos posicionados num arranjo periódico ou
repetitivo ao longo de grandes distâncias
atômicas.
• Os metais são comumente materiais cristalinos,
tal com muitos cerâmicos e alguns polímeros.
• Material não-cristalino é um material amorfo.
Conceitos fundamentais
Conceitos fundamentais
Conceitos fundamentais
• Estrutura Cristalina: É a maneira segundo a qual
os átomos, íons ou moléculas estão arranjados no
espaço. Átomos são considerados como esferas
sólidas com diâmetro bem definido.
• Rede Cristalina: Arranjo 3D de pontos que
coincidem com as posições dos átomos.
• Célula unitária: Unidade estrutural básica de um
material.
Conceitos fundamentais
Conceitos fundamentais
Rede cristalina Célula unitária
Estrutura Cristalina
Conceitos fundamentais
• Parâmetros de rede cristalina: A geometria de
uma célula unitária é função de 6 parâmetros:
Conceitos fundamentais
Conceitos fundamentais
• Estrutura Cristalina dos metais: Três estruturas
cristalinas são encontradas para a maioria dos
metais mais comuns: CFC, CCC e HC.
• CFC: Cúbica de Face Centrada.
• CCC: Cúbica de Corpo Centrado.
• HC: Hexagonal compacta.
Conceitos fundamentais
Conceitos fundamentais
• Estrutura Cristalina Cúbica de Face Centrada
(CFC): Átomos localizados em cada um dos
vértices e nos centros de todas as faces do cubo.
(Cu, Al, Ag, Ni...)
Conceitos fundamentais
Características da estrutura CFC:
1. 4 átomos (inteiros) por célula.
2. FEA = 0,74 (Fator de empacotamento).
• FEA é a fração entre o volume das esferas sólidas
dentro da célula unitária e o volume total da célula.
3. Nc = 12 (Número de coordenação).
• Nc é o número de átomos vizinhos em contato
com esse mesmo átomo.
Conceitos fundamentais
• Estrutura Cristalina Cúbica de Corpo Centrado
(CCC): 8 átomos localizados nos vértices e 1 no
centro. (Cr, V, Mo, Na...)
Conceitos fundamentais
Características da estrutura CCC:
1. 2 átomos por célula;
2. FEA = 0,68;
3. Nc = 8;
Conceitos fundamentais
• Estrutura Cristalina Hexagonal Compacta (HC):
As faces superior e inferior da célula unitária são
compostas por seis átomos que formam
hexágonos regulares e que estão ao redor de um
único átomo central. Um outro plano
intermediário contribui com 3 átomos adicionais;
Conceitos fundamentais
• Nc = 12;
• FEA = 0,74;
Conceitos fundamentais
1. Deduza matematicamente o FEA da estrutura CCC
e o da CFC.
EXERCÍCIO
EXERCÍCIO
EXERCÍCIO
• Densidade verdadeira:
• n: nº de átomos por célula unitária.
• A: peso atômico do material.
• Vc: volume da célula unitária.
• Na: número de Avogadro. (6,023𝑥1023)
Conceitos fundamentais
1. O Cobre possui raio atômico de 128 nm, estrutura
cristalina CFC e peso atômico de 63,5 g/mol. Calcule sua
densidade e compare com sua densidade medida
experimentalmente (8,94 g/cm³).
Exercício
2. O Ferro possui uma estrutura cristalina CCC, um raio
atômico de 0,124 nm, e um peso atômico de 55,85 g/mol.
Calcule e compare a sua densidade com o valor
experimental (7,87 g/cm³).
Exercício
• Coordenada de pontos: A posição de um ponto
no interior de uma célula unitária pode ser
representada pelas suas coordenadas em função
do valor da aresta unitária.
Conceitos fundamentais
• Polimorfismo: Quando o mesmo material
apresenta mais de uma estrutura cristalina.
• Quando essa condição acontece em sólidos
elementares, chama-se alotropia.
Conceitos fundamentais
Conceitos fundamentais
• “Doença” do estanho: Ele pode se organizar em
uma estrutura TCC (imagem à esquerda),
denominado estanho branco ou em uma estrutura
cúbica (imagem à direita), caracterizando o
estanho cinza
Conceitos fundamentais
• O estanho branco é estável a temperatura
ambiente, enquanto o estanho cinza é estável a
temperaturas abaixo de 10°C.
• O estanho cinza é em forma de pó, não-dúctil e
não possui aplicabilidade.
• O estanho branco é sólido, brilhante, maleável e
bom condutor.
Conceitos fundamentais
• Monocristal: Quando o arranjo periódico é
perfeito ou se estende por toda a amostra sem
interrupção;
• Grãos policristalinos: A maioria dos sólidos
cristalinos é composta por um conjunto de muitos
cristais pequenos ou grãos;
Materiais cristalinos
Materiais cristalinos
Materiais cristalinos
• Contornos de grão: Desajuste atômico na região
de fronteira entre dois grãos adjacentes.
• Anisotropia: Direcionalidade das propriedades.
• Isotropia é quando as propriedades medidas são
independentes da direção de medição.
• Um material no qual cada grão é anisotrópico
pode se comportar como um material isotrópico.
A magnitude de uma propriedade medida é
uma média dos valores direcionais.
Materiais cristalinos
Materiais cristalinos
1) O que é um material cristalino e o que é um
material amorfo?
2) O que é estrutura cristalina e o que é célula
unitária? Cite 2 exemplos de estrutura cristalina.
3) O que é a doença do estanho?
4) O que é isotropia e anisotropia?
T3
Obrigado!