1028013_Aula estrutura cristalina-parte 1

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ESTRUTURA CRISTALINAESTRUTURA CRISTALINA
Ana Paula A. Manfridini
Dependendo da composição química ou do processo de
fabricação os átomos nos processos de solidificação ou
nos tratamentos térmicos podem se arranjar de maneira
ordenada (estrutura cristalina) ou desordenada
(estrutura vítrea).
Estrutura cristalina: compostos de átomos, moléculas ou íons
arranjados de uma forma periódica em 3 dimensões. As
posições que são ocupadas seguem uma ordenação que se
repete ao longo de grandes distâncias. Distância entre planos
de átomos iguais.
Materiais vítreos (amorfos): compostos por átomos,
moléculas ou íons que não apresentam uma ordenação de
longo alcance. Distância entre planos atômicos diferentes.
Tipos de sólidos cristalinos
Tipos de sólidos cristalinos
A grande maioria dos sólidos é cristalina. Os cristais encontrados na
natureza tiveram um crescimento muito lento ao longo dos processos
geológicos e são geralmente muito maiores que os produzidos
sinteticamente.
Alguns sólidos, como os vidros e as resinas termorrígidas são totalmente
amorfos. Outros, como muitos termoplásticos apresentam regiões
cristalinas em uma matriz amorfa.
vidros
borracha
parafina
A estrutura física dos materiais sólidos depende
fundamentalmente do arranjo estrutural de seus átomos, íons
ou moléculas.
 A grande maioria dos materiais comumente utilizados em
engenharia, particularmente os metálicos, exibe um arranjo
geométrico de seus átomos bem definido, constituindo uma
estrutura cristalina.
 O estudo da estrutura interna dos materiais necessita da
utilização de 7 arranjos atômicos básicos, que podem
representar as estruturas de todas as substâncias cristalinas
conhecidas.
Sólidos cristalinos
Redes de Bravais
Fatores que definem o arranjo mais estável dos átomos 
de um cristal:
Preservar a neutralidade elétrica;
Satisfazer o caráter direcional das ligações covalentes;
Minimizar a repulsão íon-íon;
Ajustar os átomos do modo mais compacto possível.
Estrutura Cristalina nos Materiais Metálicos
As ligações metálicas por não apresentarem caráter direcional,
não impõem restrições a átomos vizinhos e por serem
formados por átomos iguais ou semelhantes, cristalizam-se em
estruturas simples e compactas. Os metais se cristalizam nas
seguintes estruturas:
• Hexagonal Compacta;
• Cúbica de Face Centrada;
• Cúbica de Corpo Centrado.
Conceitos fundamentais
Estrutura cristalina: forma pela qual os átomos, íons ou
moléculas do material estão espacialmente arranjados.
Rede cristalina: arranjo tridimensional de pontos que
coincidem com as posições dos átomos, íons ou moléculas
centrais do material.
Células unitárias: é a menor estrutura repetitiva da rede ou
estrutura cristalina e define a estrutura cristalina em termos
de sua geometria.
Cúbica de Corpo Centrada - CCC
Apresenta átomos localizados no vértice do cubo e no
centro do cubo.
Modelo demonstrando
a posição dos átomos
da Estrutura CCC
Célula Unitária –
Estrutura CCC
Cúbica de Corpo Centrada - CCC
• Nº de átomos dentro da célula unitária:
1/8 de átomo nos vértices e 1 no centro: 
8x1/8+1 = 2 átomos
Obs: a é chamado de parâmetro de rede e descreve o tamanho e o formato da célula
Unitária, inclui as dimensões e ângulos entre as arestas.
Cúbica de Corpo Centrada - CCC
No Coordenação (NC) : número de vizinhos mais
próximos de um dado átomo em uma dada
estrutura espacial.
NC CCC= 8 átomos
FEA CCC = 0,68
Estrutura CCC: Fe, Nb, Cr
Cúbica de Face Centrada - CFC
Apresenta átomos no vértice do cubo e no centro das faces.
Estrutura CFC Modelo demonstrando a
posição dos átomos da
Estrutura CFC
Célula unitária
Estrutura CFC
Cúbica de Face Centrada - CFC
• Nº de átomos dentro da célula unitária:
1/8 de átomo nos vértices + 1/2 dos átomos da face: 8 x (1/8)
+ 6 x (1/2) = 4 átomos
Cúbica de Face Centrada - CFC
No Coordenação (NC): 12 átomos 
(4 átomos nos vértices ao seu redor +
4 átomos da face de trás + 4 átomos da
face da frente)
FEA: 0,74
Estrutura CFC: Cu, Au, Ag, Al
Estrutura Hexagonal Compacta
Estrutura HC Modelo demonstrando a posição dos
átomos da estrutura HC
Estrutura Hexagonal Compacta
No Coordenação (NC): 12 átomos 
FEA: 0,74
Razão c/a = 1,633
Nº de átomos dentro da célula unitária:
(1/6) x 12 + (1/2) x 2 + 3 = 6 átomos
Comparações entre Estruturas Metálicas
MÓDULO DE ELASTICIDADE E ESTRUTURA
Estruturas menos compactas exibem menor módulo de elasticidade