Relatório CM

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ENGENHARIA CIVIL
3ª PERÍODO
EXPERIMENTO 01: ESTRUTURA DOS MATERIAIS
Anderson Juan Ferreira da Silva	RA 
Daniela da Silva Santos	RA 
José Henrique Santos Bezerra	RA 
Lucas Soares Oliveira	RA 
Mailson Kleberson Fonseca de Oliveira	RA 
Marcelo Carvalho da Silva	RA 
Murilo da Silva Santos	RA 
Pedro Borges da Silva	RA 
Warlesson Santana de Oliveira	RA 
INTRODUÇÃO Á CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Profª.: Msc. Alexssan Moura
SÃO LUÍS - MA
2016
sumário
1.	RESUMO.	3
2.	OBJETIVOS.	3
3.	INTRODUÇÃO.	4
4.	MATERIAIS.	5
5.	METODOLOGIA.	6
6.	RESULTADOS E DISCUSSÃO.	11
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA.	12
ANEXOS	13
RESUMO.
 A reprodução de uma estrutura cristalina é necessária para entender como funciona o comportamento de determinados materiais e suas respectivas propriedades, pois essas características são determinadas pela organização ou arranjo dos seus átomos. Para isso, será usada como base a célula unitária de cada elemento em estudo. Nesse experimento foi utilizado os tipos: CS(cúbica simples), CCC(cúbica de corpo centrado), CFC(cúbica de face centrada) e HC(hexagonal compacta). 
 Para a fabricação dos moldes de representação, é necessário que todo o processo seja executado de forma técnica e precisa, nos mesmos parâmetros da célula unitária que será reproduzida, pois qualquer erro poderá levar a um colapso da mesma e comprometer toda a estrutura em estudo. A montagem dos diferentes modelos abordados nesse experimento só pôde ser feito a partir do conhecimento sobre células unitárias e todas as suas propriedades, no âmbito de todo o conteúdo sobre o assunto já estudado em sala de aula e fora dela.
 Para que esse processo seja possível de ser executado, foram utilizados todos os materias necessários para a manipulação e fabricação das células em reprodução, descritos no tópico 4 desse relatório. Além disso, foi necessário a participação de todos os componentes da equipe, que foram devidamente designados para as diferentes etapas de todo o procedimento.
OBJETIVOS.
Montar a célula unitária e a estrutura do metal, facilitando a visualização dos tipos de retículos cristalinos estudados na teoria. 
INTRODUÇÃO.
Os materiais sempre estiveram intimamente ligados à nossa existência e a evolução da humanidade. Todos os produtos fabricados pelo homem, que influenciam notadamente nossa vida, são feitos de algum material ou uma combinação de materiais, incluindo metais, cerâmicos, polímeros, semicondutores e compósitos.
Cientistas, engenheiros e tecnólogos em materiais procuram entender e controlar a estrutura básica dos materiais, a fim de tornar os produtos tecnológicos mais resistentes, mais leves, mais seguros, mais rápidos e mais adequados às necessidades humanas. Cada parte do seu carro e todas as peças de seu computador são cuidadosamente selecionadas para otimizar o desempenho e custo efetivo. 
        Grande parte das inovações tecnológicas que nós associamos com a vida moderna, envolveu algum avanço na síntese e processamento ou aplicação dos materiais. Automóveis, satélites, televisores, computadores, enfim, muitas das tecnologias que estamos habituados, não seriam possíveis sem os avanços em cerâmicas, polímeros, metais e semicondutores. Um novo material é normalmente o precursor de um progresso escalonado de alguma tecnologia. Por exemplo, o desenvolvimento de aços permitiu a construção de prédios e pontes suspensas; avanços na tecnologia baseada em silício forneceram a base para a eletrônica e computadores, e novos biomateriais têm resultado em avanços médicos que salvam e melhoram a vida das pessoas. Ou ainda, superligas de metais e cerâmicas mais resistentes são fundamentais para fabricação de motores de alto desempenho, conversão de energia e controle da poluição. 
        Cientistas, engenheiros e tecnólogos de materiais se concentram na manipulação da estrutura para alterar as propriedades dos materiais. Esse foco levou esta área para a vanguarda do desenvolvimento e aplicação de novas ferramentas para observar e manipular os materiais em menor escala como em escala atômica. Esses avanços continuam a desempenhar um papel importante no surgimento de campos como a nanotecnologia.
Resumindo a ideia exposta em vários livros, podemos dizer que os mais diferentes materiais, por apresentarem características, propriedades e estruturas diferentes, devem ser analisados quando ao seu melhor desempenho para determinadas aplicações. Nem sempre podemos ter num material, as propriedades essenciais para seu uso, nem sempre uma determinada propriedade pode estar presente junto a outra no mesmo material, sendo então, fundamental saber avaliar o sistema.
        Em resumo, a ciência e a engenharia de materiais abrangem todos os processos que transformam recursos naturais em produtos úteis e são cruciais para a evolução de inúmeras indústrias, como a aeroespacial, automotiva, biomédica, química, construção, eletrônica, energia transporte e telecomunicações.
MATERIAIS.
Neste experimento foram utilizados os seguintes materiais:
	QTD
	UN
	Itens
	01
	PC
	Pacotes de esferas de isopor de 30mm
	01
	PC
	Pacote de esferas de isopor de 20mm
	01
	UN
	Estilete tamanho médio
	01
	UN
	Estilete tamanho grande
	01
	UN
	Pincel (7mm)
	01
	UN
	Régua (30cm)
	02
	CX
	Caixas de palito de madeira (tam. 6.5cm)
	01
	UN
	Tubo de cola isopor
	01
	UN
	Transferidor de grau
	01
	CX
	Tintas
	
	
	Figura 01
	Figura 02
METODOLOGIA.
O experimento a seguir, consiste em realizar a montagem de 4 (quatro) células unitárias de materiais diferentes os quais demonstram a formação da estrutura dos materiais sólidos cristalinos.
Montagem de uma célula unitária do tipo CS (Cúbica Simples).
 Este tipo de célula unitária possui 8 (oito) átomos, contudo para representar apenas uma única célula unitária, tivemos que subdividir os átomos das extremidades/vértices, ficando somente 1/8 de cada átomo.
 Passo 1: dividir uma esfera de 30mm em 8 partes.
 Passo 2: Utilizando palitos, realizar a montagem da estrutura de um cubo simples. Os palitos representam as ligações dos átomos da célula unitária. As esferas representam os átomos, divididos em 8 partes (1/8), simbolizando a estrutura ou geometria cristalina, nesse caso, do tipo cúbica simples (CS). Obs. As cores são meramente ilustrativas.
	
	
	Figura 03.
	Figura 04.
Montagem de uma célula unitária do tipo CCC (Cúbica de corpo centrado).
Para realizar a montagem desta célula unitária, a princípio segue os mesmos passos da cúbica simples. Divide-se uma esfera (de 30mm) de isopor em 8 partes(simbolizando os átomos das dos vértices que estão ligados com os demais átomos da rede cristalina). Em seguida, posiciona-se uma esfera( de 30mm) ao centro do cubo. Esta esfera ao centro simboliza um átomo centrado. Essa estrutura é denominada estrutura cristalina cúbica de corpo centrado (CCC).
	
	
	Figura 05.
	Figura 06.
Montagem de uma célula unitária do tipo CFC (Cúbica de face centrado).
 Montagem de uma célula unitária do tipo CFC (Cúbica de Faces Centrada). 
 Passo 1: Divide-se 1 esfera (30mm) em 8 partes. 
 Passo 2: Utiliza-se os palitos para realiza a ligação dos vértices e montar em forma de um cubo. 
 Passo 3: Divide-se 3 esferas (30mm) em duas partes iguais.
 Passo 4: Coloca-se cada metade das três esferas dividas ao meio em cada face do cubo, utilizando os pálidos como ligação.
	
	
	Figura 07.
	Figura 08.
Montagem de uma célula unitária do tipo HC (hexagonal compacta).
 Esta célula unitária é basicamente formada por dois hexágonos e um triângulo ao centro, sendo os 3 sobrepostos (um sob o outro) como veremos abaixo. 
 Passo 1: Montagem dos dois hexágono Dividir duas esferas de 30mm em 6 partes iguais cadauma. 
 Passo 2: Dividir uma esfera de 30mm em 2 partes iguais. Posicionar as 6 partes da esfera em forma de um hexágono e posicionar também ao centro de cada hexágono a esfera que foi dividida ao meio. Utilizar os palitos para realizar a ligação das 6 partes da esfera entre-se e também à metade da esfera que foi posicionada ao centro do hexágono conforme as imagens abaixo.
	
	
	Figura 09.
	Figura 10.
 Passo 3: Montagem do triângulo. Neste estapa utilizaremos 3 esferas de 20mm e 3 palitos de madeira. Coloca-se as esferas em forma triangular, sendo ambas de forma simentrica e faz-se a fixação dos palitos, formando assim um triângulo equilátero(três lados iguais).
	
	Figura 11.
 Passo 4: Montagem do hexágono. Para realizar a montagem completa, deve-se, posicionar um hexágono numa superfície plana, inserir 3 palitos na metade da esfera central do hexágono direcionados para cima, em seguida, posicionar o triangulo nos 3 palitos, então esta posicionado o triângulo. Após isso, realizar a sobreposição do segundo hexágono sobre o triangulo formando então a estrutura da célula hexagonal (HC). Contudo, deve-se realizar a montagem de todas as ligações usando palitos, conforme especificado no material de apoio.
	
	
	Figura 12.
	Figura 13.
RESULTADOS E DISCUSSÃO.
Ao final do experimento, os objetivos foram alcançados com sucesso. Conforme visto acima, foram montados os quatro modelos de células unitárias solicitadas e foi possível através do experimento, ter uma melhor visualização da formação das estruturas cristalinas. 
Conforme visto em sala de aula existem 7 Sistema Cristalinos geometricamente distintos, cada um com suas particularidades. 
Através da discussão em equipe e apoio com material didático assim como explanado em sala de aula com o professor, ficou claro o entendimento entre sistema cristalino e estrutura cristalina. 
O sistema cristalino diz respeito à maneira em que os átomos, íons ou moléculas estão ordenados e Estrutura Cristalina é a maneira que os átomos, íons ou moléculas estão arranjados. 
Por exemplo, na estrutura cristalina C.F.C. os átomos irão se arranjar em forma de cubos com um átomo no centro de cada uma das seis faces do cubo. Contudo, sistema cristalino é a maneira em que esses átomos da estrutura estão localizados. Por exemplo, a estrutura CFC pertence ao sistema cristalino cúbico, pois os átomos ordenados tendem a criar um formato cúbico. 
No experimento realizado a montagem de uma célula unitária do tipo CCC(cubico de corpo centrado), para fins de exemplo, o elemento Cromo tem essa forma em sua estrutura, uma célula com formato HC (Hexagonal compacta) a exemplo do Zinco, um célula unitária com formato CFC (Cúbico de faces centradas).
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA.
CALLISTER, Willian D. Jr. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma introdução, 8ª edição, Rio de Janeiro: LTC, 2012.
Disponivel em: < http://engenharia.iblogger.org/UBM_ENGENHARIA_SEMESTRE_03/3_CIENCIA%20DOS%20MATERIAIS/trabalhos/trabalho_5_CCC_CFC_e_HC.html?ckattempt=1>. Acesso em: 16 abril 2016. 
Disponível em: <http://quimiton.blogspot.com.br/p/ciencia-dos-materiais.html>. Acesso em: 16 abril 2016.
Disponível em: <https://sites.google.com/a/fatecsp.br/tecnologiaemmateriais/home/o-que-e-a-ciencia-e-engenharia-dos-materiais>. Acesso em: 16 abril 2016. 
1
ANEXOS
TABELA RESUMO DE ELEMENTOS COM AS CARACTERÍSTICAS ESTUDADAS.
	METAIS ESTRUTURA 
	ESTRUTURA CRISTALINA
	RAIO ATÔMICO
	RELAÇÃO DO PARÂMETRO DE REDE COM O RAIO
	1. Alumínio
	
CFC
	
0,1431
	2R/(2)^1/2
	2. Cobalto
	
CCC
	
0,1253
	2R =0.250
	
3. Cromo
	
CCC
	
0,1249
	4R/(3)^1/2=0.288
	
4. Ferro (α)
	
CCC
	
0,1241
	4R/(3)^1/2=0.286
	
5. Níquel
	
CFC
	
0,1246
	2R/(2)^1/2 2R=0.176
	
6. Zinco
	
HC
	
0,1332
	2R=0.266
	
7. Cloreto de sódio
	
CCC
	
	2R(2)^1/2=
	
8. Cloreto de Césio
	
CFC
	
	4R/3=
	METAIS
	FEA
	NÚMERO DE COORDENAÇÃO
	VOLUME DA CÉLULA UNITÁRIA
	DENSIDADE RELATIVA
	1. Alumínio
	
0,74
	
12
	
8r3. 23/2
	
2,70
	2. Cobalto
	
0,74
	
12
	
8r3 | 8,83
	
8,83
	
3. Cromo
	
0,68
	
08
	
64r3/33/2
	
7,19
	
4. Ferro (α)
	
0,68
	
08
	
64r3. 33/2
	
7,87
	
5. Níquel
	
0,74
	
12
	
64r3. 33/2
	
8,90
	
6. Zinco
	
0,74
	
12
	
8r3. 23/2
	
7,13
	
7. Cloreto de sódio
	
	
6
	
	
2,165
	
8. Cloreto de Césio
	
	
8
	
	
3,99