CMA Aula 02

CMA Aula 02


DisciplinaCiência dos Materiais8.812 materiais67.857 seguidores
Pré-visualização2 páginas
*
*
Ciência dos Materiais
Profª: Pricyla Corrêa
FACULDADE MERIDIONAL / IMED
 ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 
*
*
A Estrutura de Sólidos Cristalinos
Um material sólido cristalino é aquele no qual os átomos estão situados em um arranjo que se repete ou que é periódico ao longo de grandes distâncias atômicas.
Os átomos se posicionam em um padrão tridimensional repetitivo.
Todos os metais, muitos materiais cerâmicos e certos polímeros apresentam estrutura cristalina.
*
*
A Estrutura de Sólidos Cristalinos \u2013 Células Unitárias
A ordenação atômica em sólidos cristalinos indica que pequenos grupos de átomos formam um padrão repetitivo. Dessa forma é conveniente subdividir a estrutura em pequenas entidades que se repetem \u2013 Células Unitárias.
Uma célula unitária é escolhida para representar a simetria da estrutura cristalina. 
A célula unitária consiste na unidade estrutural básica da estrutura cristalina e define a estrutura cristalina em virtude da sua geometria e das posições dos átomos no seu interior.
*
*
A Estrutura de Sólidos Cristalinos \u2013 
A Estrutura Cristalina de Metais
Três estruturas cristalinas relativamente simples são encontradas para os metais:
Cúbica de Faces Centradas \u2013 CFC
Cúbica de Corpo Centrado \u2013 CCC
Hexagonal Compacta \u2013 HC
*
*
Célula unitária com geometria cúbica, com os átomos localizados em cada um dos vértices e nos centro de todas as faces do cubo.
Alguns metais que apresentam essa estrutura cristalina: Cobre, Alumínio, Prata e o Ouro. 
A Estrutura de Sólidos Cristalinos \u2013 Cúbica de Faces Centradas \u2013 CFC
*
*
 
 Modelo das esferas
 reduzidas.
 
 Modelo das esferas 
rígidas.
A Estrutura de Sólidos Cristalinos \u2013 Cúbica de Faces Centradas \u2013 CFC
*
*
Estas esferas (núcleos iônicos) se tocam umas às outras através de uma diagonal da face. O comprimento a da aresta do cubo e o raio atômico R, estão relacionados por:
Cada átomo em um vértice é compartilhado por 8 células unitárias, enquanto que um átomo centrado em uma face pertence a apenas duas.
Cada célula unitária CFC conta com um total de 4 átomos inteiros: 1/8 de cada um dos oito átomos em vértices e mais 1/2 de cada um dos 6 átomos das faces. 
A Estrutura de Sólidos Cristalinos \u2013 Cúbica de Faces Centradas \u2013 CFC
*
*
Número de Coordenação: Número de vizinhos mais próximos ou átomos em contato. Para CFC o número de coordenação é 12.
O átomo da face central possui 4 átomos vizinhos mais próximos localizados nos vértices ao seu redor, 4 átomos de faces que se encontram em contato pelo lado de trás e 4 outros átomos de faces equivalentes localizados na próxima célula unitária, à frente. 
 
A Estrutura de Sólidos Cristalinos \u2013 Cúbica de Faces Centradas \u2013 CFC
*
*
A Estrutura de Sólidos Cristalinos \u2013 Cúbica de Faces Centradas \u2013 CFC
Fator de Empacotamento Atômico (FEA): representa a fração do volume de uma célula unitária que corresponde a esferas sólidas, assumindo o modelo da esfera rígida.
 FEA = Volume de átomos em uma célula unitária
 Volume total da célula unitária
Para uma CFC, FEA = 0,74.
 
*
*
A Estrutura de Sólidos Cristalinos \u2013 Cúbica de Corpo Centrado \u2013 CCC
Célula unitária com geometria cúbica, com os átomos localizados em todos os 8 vértices e um único átomo localizado no centro do cubo.
Alguns metais que apresentam essa estrutura cristalina: Cromo, Tungstênio e o Ferro. 
*
*
 
 Modelo das esferas
 reduzidas.
 
 Modelo das esferas
 rígidas.
A Estrutura de Sólidos Cristalinos \u2013 Cúbica de Corpo Centrado \u2013 CCC
*
*
Estas esferas (núcleos iônicos) se tocam umas às outras através de uma diagonal do cubo. O comprimento a da aresta do cubo e o raio atômico R, estão relacionados por: 
Cada célula unitária CCC conta com um total de 2 átomos inteiros: 1/8 de cada um dos oito átomos em vértices e mais o único átomo do centro, que está totalmente contido dentro da célula. 
A Estrutura de Sólidos Cristalinos \u2013 Cúbica de Corpo Centrado \u2013 CCC
*
*
Número de Coordenação para uma CCC é de oito. Cada átomo central possui como vizinhos mais próximos os seus oito átomos localizados nos vértices do cubo.
O FEA da CCC é de 0,68. Isso pode ser previsível uma vez que o número de coordenação na CCC é menor que na CFC.
 
A Estrutura de Sólidos Cristalinos \u2013 Cúbica de Corpo Centrado \u2013 CCC
*
*
A Estrutura de Sólidos Cristalinos \u2013 Hexagonal Compacta \u2013 HC
Célula unitária com formato hexagonal. 
As faces superior e inferior são compostas por 6 átomos que formam hexágonos, com um átomo no centro deste hexágono.
Três átomos adicionais estão num plano intermediário, entre o superior e o inferior. 
Alguns metais que apresentam estrutura HC são o Cádmio, Zinco, Magnésio e Titânio. 
*
*
 
 Modelo das esferas
 reduzidas.
A Estrutura de Sólidos Cristalinos \u2013 Hexagonal Compacta \u2013 HC
*
*
O equivalente a 6 átomos está contido em cada célula unitária HC: 1/6 de cada um dos 12 átomos localizados nos vértices das faces superior e inferior, metade de cada um dos 2 átomos centrais localizados nas faces superior e inferior, e todos os 3 átomos interiores localizados no plano intermediário.
Os números de coordenação e FEA são, respectivamente, 12 e 0,74 (os mesmos que para a CFC). 
a e c representam as dimensões maior e menor da célula unitária HC. c/a = 1,633. E a = 2R.
A Estrutura de Sólidos Cristalinos \u2013 Hexagonal Compacta \u2013 HC
*
*
*
*
Demonstre a relação que existe na célula unitária CFC. 
A Estrutura de Sólidos Cristalinos
*
*
Demonstre a relação que existe na célula unitária CCC. 
A Estrutura de Sólidos Cristalinos
*
*
Calcule o volume de uma célula unitária CFC em termos do raio atômico.
A Estrutura de Sólidos Cristalinos
*
*
Calcule o volume de uma célula unitária CCC em termos do raio atômico. 
A Estrutura de Sólidos Cristalinos
V = 64 R3
 3 
*
*
Mostre que o fator de empacotamento atômico FEA de uma célula unitária CFC é 0,74. 
A Estrutura de Sólidos Cristalinos
*
*
Cálculos da Densidade
*
*
Cálculos da Densidade
Calcule a densidade atômica do cobre. 
O valor encontrado na literatura para a densidade do Cu é de 8,94 g/cm³, que está em boa concordância com o resultado anterior.
*
*
Polimorfismo e Alotropia
Alguns materiais podem ter mais do que uma estrutura cristalina, um fenômeno conhecido por polimorfismo.
Quando encontrado em sólidos elementares, chamados esta mesma condição de alotropia.
A estrutura cristalina que prevalece depende tanto da temperatura como da pressão externa.
O carbono nos representa um exemplo familiar: a grafita é o polimorfo estável nas condições ambientes, enquanto o diamante é formado à pressões extremamente elevadas.
O ferro puro possui uma estrutura cristalina CCC à temperatura ambiente, que se altera para uma CFC à 912°C.
*
*
Polimorfismo do Carbono
Diamante
Grafite
*
*
Sistemas Cristalinos
A geometria da célula unitária é completamente definida em termos de 6 parâmetros:
Os comprimentos das arestas (a, b e c); 
Os ângulos entre os eixos (\u3b1,\u3b2 e \u3b3).
São os parâmetros de rede de uma estrutura cristalina.
*
*
Sistemas Cristalinos
Encontramos cristais que possuem 7