AULA 3 E 4 Imperfeições nos sólidos

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Imperfeições nos sólidos
Professora Ma. Camila A. Wegermann
Aula 3 e Aula 4
Aula de Hoje
Domínios:
Redes cristalinas;
Imperfeições nos sólidos.
Referências:
CALLISTER, Jr., Ciência e engenharia dos materiais uma introdução: 8ª ed.,
Capitulo 4.
Células unitárias
Sistemas que compõem o menor arranjo estrutural, o qual apresenta um padrão
repetitivo e pode ser transladado em qualquer direção.
CÚBICO
a
a
a
Simples Face centrada Corpo centrado
Arestas: a = b = c
Ângulos: a = b = g = 90˚
Parâmetros Cristalinos
Número de átomos por 
célula unitária
Exemplo:
Volume da célula 
unitária
Fator de empacotamento
Cada face contém ½ átomo;
Cada vértice contem 1/8 de átomo;
O centro contem 1 átomo inteiro.
3aVc 
O valor da aresta dependerá de 
cada célula unitária
   
 CS
E
V
Vn
FEA


n = Número de átomos por célula unitária.
VE = Volume dos átomos (esferas).
VCS = Volume da célula unitária CS.
PROCESSOS DE CRISTALIZAÇÃO
IMPERFEIÇÕES NOS SÓLIDOS
Imperfeições nos Sólidos
Todos os materiais contêm inúmeros defeitos
ou imperfeições na sua estrutura cristalina.
Consegue-se melhorar propriedades do material
controlando as imperfeições do retículo.
Tipos de Defeitos
Pontuais
Lineares
Bidimensionais
Volumétricos
Defeito (discordância) na estrutura cristalina pela substituição de uma célula unitária
Defeitos 
Pontuais
Vacância:
Formação de um espaço vazio no retículo cristalino.
Auto-Intersticial:
Átomos do retículo comprimido em 
um sítio intersticial (depressão).
Intersticial:
Átomos provenientes de impurezas 
comprimido em um sítio intersticial 
(depressão).
Substitucional:
Os átomos se soluto ou de impurezas repõem ou 
substituem átomos hospedeiros.
Defeitos Pontuais
)(
. kT
Q
v
v
eNN


Vacância: Formação de um espaço vazio no 
retículo cristalino.
Defeitos Pontuais
Vacância: Formação de um espaço 
vazio no retículo cristalino.
Auto-Intersticial:
Átomos do retículo comprimido em um sítio intersticial (depressão).
)(
. kT
Q
v
v
eNN


Na equação, o valor de N representa o número de
sítios totais em uma estrutura cristalina. Ou seja, N representa o número total de
átomos pertencentes à uma determinada estrutura cristalina (ou o seu volume).
Para encontrar o valor de N, podemos usar o seguinte raciocínio:
)(
. kT
Q
v
v
eNN


𝑁 =
𝑁𝐴 ∙ 𝜇
𝐴
Peso molecular (g. mol-1)
Densidade(g. cm-3)
Número de Avogadro (mol-1)
A análise dimensional justifica 
esta equação:
𝑁 =
𝑚𝑜𝑙−1 ∙ 𝑔. 𝑐𝑚−3
𝑔.𝑚𝑜𝑙−1
𝑁 = 𝑐𝑚−3 = 10−6. 𝑚−3
Questão 1 - Calcule o número de lacuna em equilíbrio, por metro cúbico de
cobre a 1000 0C. A energia para a formação de uma lacuna é de 0,9
eV/átomo; o peso atômico e a massa específica (a 1000 0C) para o cobre
são de 63,5 g/mol e 8,4 g/cm3, respectivamente.
𝑁 =
𝑁𝐴 ∙ 𝜇
𝐴 )(. kT
Q
v
v
eNN


Impurezas em sólidos: Intersticiais e Substitucionais 
Impurezas em sólidos: Intersticiais e Substitucionais 
SUBSTITUCIONAIS
Os átomos se soluto ou de impurezas
repõem ou substituem átomos hospedeiros
(solvente);
Raio: ±15% do tamanho do raio atômico
do átomo do solvente.
Valência: Os átomos devem apresentar
mesma carga (estado de oxidação).
Eletronegatividade: Eletronegatividade
muito próximas.
Estrutura Cristalina: Mesma estrutura
cristalina.
INTERSTICIAIS
Átomos de impureza
preenchem os espaços vazios
ou interstícios que existem
entre os átomos hospedeiros;
Introduzem algumas
deformações na rede sobre os
átomos hospedeiros
adjacentes.
Impurezas em sólidos: Intersticiais e Substitucionais 
Soluções sólidas
Soluções sólidas são definidas como a
dissociação de um soluto (elemento em
menor quantidade) e um solvente
(elemento em maior quantidade) que se
encontram em uma única fase. As ligas
metálicas podem ser classificadas como
soluções sólidas. Assim como em soluções
liquidas, o soluto encontra-se disperso
uniformemente na solução. Para soluções
sólidas, a estrutura cristalina
obrigatoriamente deve ser mantida.
Determinação da composição
𝐶 =
𝑚𝐴
𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
∙ 100 Determinação da composição em peso
𝐶 =
𝑝 ∙ 𝐴𝐴
𝑝. 𝐴𝐴 + 𝑝 ∙ 𝐴𝐵
. 100
Determinação da composição em peso
considerando a porcentagem atômica de cada
elemento e suas respectivas massas
moleculares (A)
Questão 5 (Callister, 4.8) – Qual é a composição, em porcentagem
em peso de uma liga que consiste em 6%a Pb e 94%a Sn?
Deformações Bidimensionais
Deformação Linear (ou de
aresta): Ocorre quando um
plano adicional é inserido ao
reticulo cristalino gerando
assim um efeito de distorção
linear.
Deformação em Parafuso: Pode ser
pensada como sendo formada por uma
tensão cisalhante que é aplicada para
produzir a distorção
Muitas discordâncias encontradas em
materiais cristalinos provavelmente não
são nem discordâncias de aresta pura
nem discordâncias em espiral puras,
mas sim compostas de ambos os tipos
discordâncias; estas são denominadas
discordâncias mistas.
Deformações Bidimensionais - MISTAS
https://www.youtube.com/watch?v=7qgBMKS_fyo
Defeitos Interfaciais
São contornos que separam regiões dos materiais que têm diferentes estruturas cristalinas 
e/ou orientações cristalográficas. 
Defeito de Superfície externa
CONTORNO DE GRÃO:
Um outro defeito interfacial,
o contorno de grão, é
definido como o contorno
separando diferentes grãos
com diferentes orientações
cristalográficas.
Micrografia
Técnica que permite relacionar a
estrutura íntima do material com as suas
propriedades físicas, com o processo
de fabricação, com o desempenho de
suas funções.
Imagens A e B (mesma
ampliação) com diferentes
tamanhos de grão
Imagem acima, mostrando
diferentes tipos de cristal que
constituem o material.