Estrutura dos Materiais

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Aula 2
Estrutura dos Materiais
Disciplina: Materiais de Construção Mecânica I
Profa: Maria Roseane de Pontes Fernandes
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ORDENAÇÃO DOS ÁTOMOS
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ORDEM DE LONGO ALCANCE
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ORDEM DE CURTO ALCANCE
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CÉLULA UNITÁRIA
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CONCEITOS FUNDAMENTAIS
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SISTEMAS CRISTALINOS
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ESTRUTURAS CRISTALINAS
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SISTEMA CÚBICO
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NÚMERO DE COORDENAÇÃO
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NÚMERO DE COORDENAÇÃO
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SISTEMAS CRISTALINOS DOS METAIS
Relação R com a
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SISTEMAS CRISTALINOS DOS METAIS
Relação R com a
17
SISTEMAS CRISTALINOS DOS METAIS
Relação R com a
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SISTEMAS CRISTALINOS DOS METAIS
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SISTEMAS CRISTALINOS DOS METAIS
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SISTEMAS CRISTALINOS DOS METAIS
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FATOR DE EMPACOTAMENTO ATÔMICO 
(FEA)
Calcule o FEA para a células cúbicas CS, CCC e CFC.
Vídeo: cubic unit cells
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FATOR DE EMPACOTAMENTO ATÔMICO 
(FEA)
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FATOR DE EMPACOTAMENTO ATÔMICO 
(FEA)
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SISTEMAS CRISTALINOS DOS METAIS
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Estrutura Hexagonal
Hexagonal
Hexagonal compacta - HC
Hexagonal simples - HS
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Hexagonal simples - HS
� Estrutura formada por 2 
hexágonos sobrepostos, com 
1 átomo em cada vértice e 
outro átomo no centro do 
hexágono.
4 eixos: a1, a2, a3, c
FEA?
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Hexagonal simples - HS
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SISTEMAS CRISTALINOS DOS METAIS
Número de Coordenação NC
NC???
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SISTEMAS CRISTALINOS DOS METAIS
NC=12
Razão c/a
Nº átomos?
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Cálculo da razão c/a
c/a = 1,633
a
a
a
a
a
a
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SISTEMAS CRISTALINOS DOS METAIS
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SISTEMAS CRISTALINOS DOS METAIS
FEA DA HC?
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SISTEMAS CRISTALINOS DOS METAIS
FEA
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SISTEMAS CRISTALINOS DOS METAIS
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CFC
HC
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• � Ambas estruturas estão empilhadas 
regularmente por planos compactos.
No caso dos metais cfc, os planos (111) 
estão formando um empacotamento 
fechado (compacto).
• � tipo de interstícios.
• � número de coordenação. NC=12
• � Fator de empacotamento atômico.
Semelhanças entre estruturas CFC e HC
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• � A seqüência de empilhamento.
• No cfc o empilhamento é ABCABC.....
• No hc o empilhamento é ABAB.....
• � número de átomos/célula unitária.
• � Estas tão marcantes diferenças conduz a 
diferenças significantes nas propriedades 
dos materiais.
Diferenças entre estruturas CFC e HC
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Por que os metais se cristalizam nas 
estruturas CFC, CCC e HC e não nas 
estruturas CS e HS ? ? ? ? ? ? ? ?
Importante!!!!!
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DENSIDADE
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DENSIDADE
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DENSIDADE
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DENSIDADE
Calcule o raio de um átomo de vanádio, dado que o 
V possui uma estrutura cristalina CCC, uma 
densidade de 5,96 g/cm3, e um peso atômico de 50,9 
g/mol.
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DENSIDADE
Um metal hipotético com estrutura cristalina cúbica 
possui uma densidade de 2,7 g/cm3, peso atômico de 
26,98 g/mol e o volume da célula unitária 6,6x10-
23cm3. Diga se o mesmo é CS, CCC ou CFC. 
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POLIMORFISMO E ALOTROPIA
- Alguns metais e alguns não –metais, podem ter 
mais do que uma estrutura cristalina 
(Polimorfismo);
- Quando encontrado em sólidos elementares, esta 
condição é frequentemente conhecida por alotropia;
- Geralmente as transformações polimórficas são 
acompanhadas de mudanças na densidade e 
mudanças de outras propriedades físicas.
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EXEMPLO DE MATERIAIS QUE EXIBEM 
POLIMORFISMO
- Ferro
- Titânio
- Carbono (grafite e diamante)
- SiC (chega ter 20 modificações cristalinas)
- Etc.
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Exemplos de polimorfismoExemplos de polimorfismo
Implicação na Produção do aço
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ALOTROPIA DO FERRO
� Na temperatura ambiente, o 
Ferro têm estrutura ccc, número
de coordenação 8, fator de 
empacotamento de 0,68 e um 
raio atômico de 1,241Å.
� A 910°C, o Ferro passa para
estrutura cfc, número de 
coordenação 12, fator de 
empacotamento de 0,74 e um 
raio atômico de 1,292Å.
� A 1394°C o ferro passa
novamente para ccc.
ccc
cfc
ccc
Até 910°C
De 910-1394°C
De 1394°C-PF
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ALOTROPIA DO TITÂNIO
FASE α
� Existe até 883ºC
� Apresenta estrutura 
hexagonal compacta
� É mole
FASE β
� Existe a partir de 883ºC
� Apresenta estrutura ccc
� É dura
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Exemplos de polimorfismoExemplos de polimorfismo
Estanho
Tetragonal Cúbico
Vídeo: tin (estanho)