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Figura 3.1 (a) gases inertes não têm ordem regular de átomos: (b, c) Alguns materiais, incluindo vapor de água, e vidros de silicato têm ordem de curto alcance. (d) de metais, ligas metálicas, cerâmicas e muitas alguns polímeros têm ordem regular de átomos Arranjos atômicos regulares e tridimensionais Depende ◦ Condições geométricas impostas pelos átomos envolvidos ◦ Tipo de ligação atômica Cristais de platina em Cerâmicas Gipsita - CaSO4.2H2O Sólidos ◦ Cristalinos Rede tridimensional ordenada com átomos ou moléculas que apresentam ordem de LONGO ALCANCE ◦ Amorfos ou não cristalinos Não existe ordem de longo alcance pois átomos ou moléculas estão desordenados no espaço Há ordem apenas de CURTO ALCANCE Vidros ◦ SiO2 - cristalino e amorfo Pd- vítreo ◦ 10 nm x 10 nm Credit: Caltech/Marios D. Demetriou Ouro Menor subdivisão de uma rede cristalina ◦ Contem todas as características encontradas no cristal inteiro Várias células unitárias formam uma rede cristalina Arranjo infinito, tridimensional de pontos, em que cada ponto tem vizinhanças idênticas “A”, “b” e “c” são as dimensões da célula unitária e são denominados parâmetros da rede cristalina Cúbica a = b = c a = β = g = 90° Tetragonal a = b ≠ c a = β = g = 90° Ortorrômbica a ≠ b ≠ c a = β = g = 90° Monoclínica a ≠ b ≠ c a = g = 90° ≠ β Triclínica a ≠ b ≠ c a ≠ b ≠ g ≠ 90 Romboédrica a = b = c a = β = g ≠ 90° Hexagonal a = b ≠ c a = β = 90° g =120° Minimiza a energia por unidade de volume ou, em outras palavras ◦ (1) Mantém a neutralidade elétrica ◦ (2) Respeita à direcionalidade das ligações covalentes ◦ (3) Minimiza a forte repulsão íon-íon ◦ (4) Agrupa os átomos o mais compacto possível, compatível com (1), (2) e (3) 90% dos metais cristalizam-se em basicamente 3 estruturas a temp. ambiente ◦ Cúbica de Corpo Centrado - (CCC) ◦ Cúbica de Face Centrada - (CFC) ◦ Hexagonal Compacta - (HC) Na CS os átomos tocam-se ao longo aresta do cubo Número de átomos dentro da célula unitária ◦ 1/8 de átomo em cada vértice 8.(1/8) = 1 átomo Relação parâmetro de rede e o raio atômico ra 2 Encontrada em sólidos iônicos ◦ Algumas cerâmicas - CsCl, MgO, FeO, NaCl Metais não se cristalizam na CS ◦ Devido ao baixo FEA ◦ Exceção Polônio Encontrada no Fe, Nb, Cr Na CCC os átomos tocam-se ao longo da diag. do cubo Número de átomos dentro da célula unitária ◦ 1/8 de átomo nos vértice ◦ 1 átomo no centro 8.(1/8) + 1 = 2 átomos Relação entre parâmetro de rede e raio atômico 3 34.r 3 4.r a Encontrada nos elementos - Al, Cu, Au, Ag Na CFC os átomos tocam-se ao longo da diag. da face Número de átomos dentro da célula unitária ◦ 1/8 de átomo nos vértices ◦ 1/2 de átomo nas faces 8.(1/8)+3= 4 átomos Relação entre parâmetro de rede e raio atômico .r22. 2 4.r a Nível de ocupação por átomos em uma célula unitária Onde ◦ N = Nº de átomos que efetivamente ocupam a célula unitária ◦ r = Raio atômico ◦ Vc= Volume da célula unitária ◦ Va= Volume do átomo unitária cel. Volume. átomos total Volume FEA c a V V N. FEA 3 a .. 3 4 V r Capacidade que um mesmo elemento químico tem de pode formar substâncias simples diferentes ◦ Dadas certas condições de temperatura e pressão Ocorre em 40% dos elementos químicos Exemplos ◦ Carbono – Grafita, diamante e “buckyball” ◦ Oxigênio – O2 e O3 ◦ Fósforo – P4 e Pn ◦ Enxofre – rômbico e monoclínico Molécula maciça Usado em semicondutores e como abrasivos Altíssima dureza Estrutura CFC ◦ d = 3,51 g/cm³ Átomos são ligados covalentemente em arranjos planares hexagonais ◦ Fracas ligações secundárias entre os planos Estrutura HCP - Planos separados por 3,35 Ặ ◦ d = 2,22 g/cm³ Excelente lubrificante seco Alta res. a elevadas temperaturas Alta condutividade elétrica Baixo coeficiente de expansão Alta resistência ao choque térmico Materiais de mesma composição química podem apresentar estruturas cristalinas diferentes Temperatura ambiente até 910°C ◦ CCC, FEA = 0,68, RA = 1,241 Å 910 – 1394°C ◦ CFC, FEA = 0,74, RA = 1,292 Å 1394°C ◦ CCC CCC CFC CCC
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