Slides da aula de estruturas cristalinas.pdf

Prévia do material em texto

23/03/2014 
1 
PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E 
TECNOLOGIA DOS 
MATERIAIS 
PROPRIEDADES DOS MATERIAIS 
ESTRUTURAS CRISTALINAS 
VOLUME, DENSIDADE E FEA 
CLASSIFICAÇÃO DOS 
MATERIAIS 
2 
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS 
METAIS 
CERÂMICAS 
3 
23/03/2014 
2 
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS 
COMPÓSITOS 
SEMICONDUTORES 
4 
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS 
BIOMATERIAIS 
5 
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS 
NANOTECNOLOGIA 
6 
23/03/2014 
3 
ESTRUTURA CRISTALINA 
ESTRUTURA CÚBICA DOS METAIS 
CS, CCC, CFC, HC 
7 
CONCEITOS FUNDAMENTAIS 
 Arranjo tridimensional de 
pontos que coincidem com 
as posições dos átomos. 
 Pequenas entidades 
repetitivas de átomos 
ordenados em sólidos 
cristalinos. 
REDE CRISTALINA CÉLULA UNITÁRIA 
8 
TIPOS DE CÉLULA UNITÁRIA 
CÚBICA SIMPLES - CS 
 O fator de empacotamento atômico é 
calculado por: 
𝐹𝐸𝐴 = 
𝑛𝑉𝐸
𝑉𝐶
 
Onde: 
n – número de átomos por célula unitária. 
VE – volume da esfera 
VC – volume da célula unitária 9 
23/03/2014 
4 
TIPOS DE CÉLULA UNITÁRIA 
CÚBICA DE CORPO CENTRADO - CCC 
10 
 Uma vez que muda a dimensão 
da aresta, o volume da célula 
unitária, fica: 
𝑉𝐶 = 
64𝑅3
3 3
 
 
 
CALCULE O FEA 
TIPOS DE CÉLULA UNITÁRIA 
11 
 Na célula unitária existem 8 
oitavos. Um oitavo em cada 
vértice e mais 6 metades de 
cada face somando 3 
átomos. Portanto há 4 
átomos por célula unitária. 
 Uma vez que muda a 
dimensão da aresta, o 
volume da célula unitária, 
fica: 
𝑉𝐶 = 16𝑅
3 2 
 
 
CALCULE O FEA 
 
CUBICA DE FACES CENTRADAS – CFC 
TIPOS DE CÉLULA UNITÁRIA 
12 
HEXAGONAL COMPACTA – HC 
23/03/2014 
5 
TIPOS DE CÉLULA UNITÁRIA 
13 
HEXAGONAL COMPACTA – HC 
 Diferente das células cúbicas as 
arestas da célula HC possuem 
dimensões diferentes, sendo a 
(medida das arestas da base) e c 
(medida das arestas laterais ou 
altura do prisma) e sempre c>a. 
 Como para a célula HC o valor do 
FEA é 0,74, pode-se calcular o 
volume da célula unitária apenas 
com o conhecimento do raio atômico. 
 Caso seja do conhecimento as 
medidas c e a, pode-se achar o 
volume da célula unitária 
geometricamente 
 
CÁLCULO DA DENSIDADE EM METAIS 
 Uma vez que o FEA por definição denota a maneira 
como os átomos estão ordenados (empacotados) surge 
daí a ideia de densidade, que vem completar o sentido 
do FEA. Uma vez conhecida a densidade e o FEA 
pode-se estudar demais propriedades para destinar 
melhor a aplicação. 
 A densidade é calculada por: 
𝜌 = 
𝑛𝐴
𝑁𝐴𝑉𝐶
 
Onde: 
n – número de átomos por célula unitária 
A – peso atômico 
NA – número de Avogadro 
VC – volume da célula unitária 
14 
POLIMORFISMO E ALOTROPIA 
 Alguns metais, podem ter mais de uma estrutura 
cristalina, um fenômeno conhecido por 
polimorfismo. Quando encontrado em sólidos 
elementares, essa condição é chamada 
frequentemente de alotropia. A estrutura 
cristalina que prevalece depende tanto da 
temperatura como da pressão externa. 
 Um exemplo familiar é encontrado no carbono, a 
grafita é o polimorfo estável nas condições 
ambientes, enquanto o diamante é formado a 
pressões extremamente elevadas. 
 Ainda o ferro puro possui estrutura cristalina 
CCC à temperatura ambiente, que se altera para 
uma estrutura CFC à temperatura de 912ºC. 
15 
23/03/2014 
6 
DIFERENÇAS ESTRUTURAIS ENTRE AS 
PRINCIPAIS CÉLULAS UNITÁRIAS 
16 
DIFERENÇAS ESTRUTURAIS ENTRE AS 
PRINCIPAIS CÉLULAS UNITÁRIAS 
17 
TABELA COM OS RAIOS ATÔMICOS ESTRUTURAS 
CRISTALINAS PARA 16 METAIS 
METAL ESTRUTURA 
CRISTALINA 
RAIO 
ATÔMICO 
(nm) 
METAL ESTRUTURA 
CRISTALINA 
RAIO 
ATÔMICO 
(nm) 
Alumíno CFC 0,1431 Níquel CFC 0,1246 
Cádmio HC 0,1490 Ouro CFC 0,1442 
Chumbo CFC 0,1750 Platina CFC 0,1387 
Cobalto HC 0,1253 Prata CFC 0,1445 
Cobre CFC 0,1278 Tântalo CCC 0,1430 
Cromo CCC 0,1249 Titânio HC 0,1445 
Ferro α CCC 0,1241 Tungstê
nio 
CCC 0,1371 
Molibdê
nio 
CCC 0,1363 Zinco HC 0,1332 
18 
23/03/2014 
7 
19