Resumo Estruturas de Materiais Sólidos(Credito prof Joao Fernando).

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Unidade 02
Ciência dos Materiais
ESTRUTURAS DOS MATERIAIS SÓLIDOS
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Estrutura de Materiais Sólidos
Os sólidos podem se dividir em:
Sólidos Cristalinos
Sólidos Não-cristalinos (amorfo)
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Sólidos Cristalinos
Átomos em arranjo periódico;
Posições ocupadas seguem 
 uma ordenação que se repete 
 para grandes distâncias atômicas;
Pontos característicos de Fusão;
Típicos em: 
Metais, muitas cerâmicas e alguns polímeros;
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Sólido Não-cristalino
Sem arranjo atômico ordenado;
Sem ponto fixo ou característico de Fusão;
Amorfo = Não-cristalino;
Típicos em:
Algumas cerâmicas e em muitos Polímeros;
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ESTRUTURAL DE MATERIAIS CRISTALIZADOS E SOLIDIFICADOS
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Estrutura Cristalina do Material
Cristalização x Solidificação
 Lento Rápido
 Defeitos Defeitos 
Estruturais Estruturais
 
 Organização da Organização da 
Estrutura Interna Estrutura Interna
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MICROESTRUTURAL 
DOS SÓLIDOS E CÉLULAS UNITÁRIAS
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Estrutura cristalina
As propriedades de alguns materiais estão diretamente relacionadas às suas estruturas cristalinas;
Sólidos Cristalinos 
Padrão de ordenação de átomos;
Pequenas entidades que se repetem – Células Unitárias
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CÉLULA UNITÁRIA
Pode representar a simetria da estrutura cristalina;
Menor subdivisão da estrutura cristalina, que se repetem segundo um padrão;
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Células uniárias mais comuns
CS – Cúbica Simples
CCC – Cúbica de Corpo Centrado
CFC – Cúbica de Face Centrada
HC – Hexagonal Compacta
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CÚBICA SIMPLES (CS)
Número de átomos: 01
Número de Coordenação: 06
f.e.a.: 0,52
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Valor da aresta:
Volume da Célula Unitária:
CÚBICA DE CORPO CENTRADO (CCC)
Número de átomos: 02
Número de Coordenação: 08
f.e.a.: 0,68
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Valor da aresta:
Volume da Célula Unitária:
CÚBICA DE FACES CENTRADO (CFC)
Número de átomos: 04
Número de Coordenação: 12
f.e.a.: 0,74
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Volume da Célula Unitária:
Valor da aresta:
HEXAGONAL COMPACTA (HC)
Número de átomos: 06
Número de Coordenação: 12
FEA: 0,74
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EXEMPLO 01
Qual o volume da célula unitária do chumbo, sendo seu raio atômico de 0,175 nm. (Volume em metros cúbicos)
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CÁLCULO DE MASSA ESPECÍFICA
O conhecimento da estrutura cristalina de um sólido metálico permite o cálculo de sua massa específica teórica (densidade) por meio da relação:
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Exercício 02
	O Cobre possui raio atômico de 0,128 nm, uma estrutura cristalina CFC e um peso atômico de 63,5 g/mol. Calcule a sua massa específica. 
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Exercício 03
	 Calcule o Volume de uma célula unitária de Irídio, dado que o Ir possui uma estrutura cristalina CFC, uma massa específica de 22,4 g/cm3 e um peso atômico de 192,2 g/mol. 
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VARIAÇÕES DE TIPOS DE CÉLULAS UNITÁRIAS E f.e.a. (FATOR DE EMPACOTAMENTO ATÔMICO)
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Variações de Células Cúbicas
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14 REDES DE BRAVAIS
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Os parâmetros a, b e c e ôs ângulos são chamados de parâmetros de rede;
Cálculo do Fator de Empacotamento Atômico: (f.e.a.) para todos os tipos de sistemas cristalinos:
Cálculo do Volume de uma esfera:
Cálculo do Volume de qualquer Célula Unitária:
Cálculo do fator de Empacotamento:
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Exercício:
A célula unitária para o Urânio possui simetria ortorrômbica, com os parâmetros de rede a, b e c igual a 0,286, 0,587 e 0,495 nm, respectivamente. Se a massa específica, o peso atômico e o raio atômico do Urânio valem 19,05 g/cm3, 238,03 g/mol e 0,1385 nm, respectivamente, calcule o fator de empacotamento atômico.
POLIMORFISMO 
OU 
ALOTROPIA
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POLIMORFISMO ou ALOTROPIA
Ocorre quando alguns metais e alguns ametais podem ter mais do que uma estrutura cristalina;
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EXEMPLOS CLÁSSICOS
O2 e O3
Pvermelho e Pbranco
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DIREÇÕES E PLANOS 
NOS SÓLIDOS
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Direções e Planos Cristalográficos
As direções e planos cristalográficos são necessários para especificar-se um ponto de partida no interior de uma célular unitária, uma direção cristalográfica ou algum plano cristalográfico de átomos;
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Planos Cristalinos
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ANISOTROPIA
As propriedades físicas dos monocristais de algumas substâncias dependem da direção cristalográfica na qual as medições são feitas;
Propriedades como o módulo da elasticidade, condutividade elétrica e índice de refração podem ter valores diferentes nas direções [100] e [111]. Essa propriedade é chamada de Anisotropia;
Ex.: Móludo de elasticidade do Cobre:
 [100] 66,7 GPa 
 [110] 130,3 Gpa
 [111] 191,1 GPa
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Já as substâncias em que as propriedades medidas são independentes da direção da medida são Isotrópicas;
O grau de anisotropia aumenta com a diminuição da simetria estrutural;
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DEFEITOS NOS SÓLIDOS CRISTALINOS
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Imperfeições da Estrutura Cristalina
Durante a solidificação, os Materiais podem sofrem rearranjos de seus átomos, que determinam a estrutura cristalina dos mesmos;
Dependendo do modo em que o Líquido transforma-se em Sólido, podem ocorrer defeitos no empilhamento e organização dos átomos, resultando em imperfeições estruturais;
O tipo e a quantidade destas imperfeições afetam decisivamente algumas propriedades em o comportamento dos materiais cristalinos;
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Imperfeições Estruturais
As imperfeições presentes em estruturas cristalinas pode ser de 3 tipos básicos:
Defeitos Pontuais ou Puntiformes;
Defeitos de Linha ou Discordâncias;
Defeitos de Superfície;
Defeitos de Volume;
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Defeitos Pontuais
Os cristais podem apresentar defeitos em pontos isolados de sua estrutura, dando lugar à imperfeições de ponto;
As imperfeições pontuais mais importantes são:
Laculas ou Vacâncias;
Átomos intersticiais;
Átomos Substitucionais;
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Lacuna: falta de um átomo no reticulado;
Pode ser produzido por:
Perturbações locais;
Deformações locais;
Resfriamento rápido;
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* O número de Lacunas depende da temperatura;
Para calcular o nº de Lacunas a uma temperatura específica: 
Nl - Número de Lacunas em Equilíbrio
N - Número total de sítios atômicos
Ql - Energia necessária para a formação de uma lacuna 
k - Constante de Boltzmann (k = 8,617x10-5 eV/K ou 1,3806x10-23 J/K)
T - Temperatura Absoluta em Kelvin (Tk = TºC + 273)
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Para calcular o número de sítios atômicos:
N - Número de sítios atômicos
NA - Número de Avogadro
ρ - Massa Específica
A - Peso Atômico
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Exercício:
Calcule o número de lacunas em equilíbrio, por metro cúbico, a 1000ºC. A energia para a formação de uma lacuna é de 0,9 eV / átomo; o peso atômico e a massa específica (a 1000ºC) para o cobre são de 63,5 g/mol e 8,4 g/cm3, respectivamente.
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Átomos Intersticiais são imperfeições causadas pela presença de átomos estranhos nos interstícios da rede cristalina;
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Átomos Substitucionais são defeitos provocados pela existência de átomos estranhos nos próprios vértices da rede cristalina, em substituição aos átomos que estavam;
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Defeitos dessa natureza 
podem promover:
Aumento da condutividade de semicondutores (tipo P);
Aumento da resistência mecânica (ligas Au e Cu e ainda ligas de Cu e Sn) ou mesmo a diminuição da mesma (maior quantidade de lacunas ou vacâncias);
Aumento da resistência à corrosão (aço inox);
Diminuição ou Aumento da Condutividade em metais (qualquer liga metálica);
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Defeitos de Linha ou Discordâncias
Cristais apresentam defeitos alinhados e contínuos em sua estrutura, dando origem às imperfeições de linha;
Os defeitos de linha, também são chamados de discordâncias;
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São defeitos que causam a distorção da rede cristalina em torno de uma linha e caracterizam-se por envolver um plano extra de átomos;
Discordância em Expiral ou Hélice
Acontece pelo deslocamento de um plano;
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Defeitos de Superfície
Os cristais também apresentam defeitos que se estendem ao longo de sua estrutura, formando imperfeições;As imperfeições cristalinas podem ser:
Superfícies livres;
Contornos de grão;
Maclas;
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Superfícies Livres
No término da estrutura cristalina, as superfícies externas de um cristal são consideradas defeitos cristalinos;
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Contornos de Grãos
Imperfeições podem provocar orientações diferentes nos planos de cristalização;
Durante a solidificação, vários núcleos sólidos surgem no interior do líquido, cada um com uma direção;
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Maclas
Possuem um outro tipo de defeito de superfície e podem surgir a partir de tensões térmicas ou mecânicas;
Ocorre quando parte da rede cristalina é deformada;
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ENCRUAMENTO
Fenômeno pelo qual um metal dúctil se torna mais resistente a deformação quando submetido a uma deformação plástica;
Também chamado de endurecimento por deformação a frio;
Promove aumento de resistência do metal;
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