EXERC.2.CIENC.MATER

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Questionário 02
1)Quais são os níveis de ordenação dos átomos em um sólido e como diferem entre si?
	Os materiais sólidos podem ser classificados de acordo com a regularidade na qual os átomos ou íons se dispõe em relação aos seus vizinhos.
- Sem ordenação: Em gases, como o Ar ( argônio) e outros gases nobres. Se confinados, os gases não apresentarão nenhuma ordem entre seus átomos constituintes.
Argônio
- Ordenamento a curto alcance: ângulos, distâncias e simetria com ordenação a curto alcance.
Materiais não-cristalinos ou amorfos.
H2O
	
- Ordem a longo alcance: material cristalino.
Os átomos ordenados em longas distâncias atômicas formam uma estrutura tridimensional, isto é, uma rede cristalina.
Metais, muitos cerâmicos e alguns polímeros formam estruturas cristalinas sob condições normais de solidificação.
2) O que se entende por estrutura cristalina de um material?
Um material 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; isto é, existem ordens de longo alcance, de tal modo que quando ocorre a solidificação os átomos se posicionarão em um padrão tridimensional repetitivo, no qual cada átomo está ligado aos seus átomos vizinhos mais próximos. Formando assim estruturas cristalinas.
3) O que é a célula unitária de uma rede cristalina?
	A ordenação atômica em sólidos cristalinos indica que pequenos grupos de átomos formam um padrão repetitivo. Então se dá o nome de célula unitária a menor subdivisão da rede cristalina. Esta retém as características de toda a rede cristalina. A célula unitária consiste na unidade estrutural básica ou bloco de construção básico da estrutura cristalina e define a estrutura cristalina em virtude de sua geometria e das posições dos átomos no seu interior.
4) Quantos e quais são os sistemas cristalinos? Como diferem entre si? Quais são suas características?
 	Os sistemas cristalinos são 7: - cúbico, - tetragonal, -ortorrômbico, -monoclínico, -triclínico, -romboédrico, -hexagonal.
	Eles diferem entre si pelos comprimentos das três arestas: a, b e c, e quanto os três ângulos entre os eixos,¥, β e α.
- Cúbico: em que todos os ângulos são iguais a 90º
- Tetragronal: em que todos os ângulos são iguais a 90º
- Ortorrômbico: em que todos os ângulos são iguais a 90º
- Monoclínico: em que há dois ângulos iguais a 90º e dois ângulos diferentes de 90º
- Triclínico: em que todos os ângulos são diferentes e nenhum é igual a 90º
- Hexagonal: em que dois ângulos são iguais a 90º e um ângulo é igual a 120º
- Romboédrico: em que todos os ângulos são iguais, mas diferentes de 90º.
			
5) O que é parâmetro de rede da célula unitária?
	Parâmetro de rede é a geometria da célula unitária, que é definida em termos de seis parâmetros: os comprimentos das três arestas, a, b e c, e os três ângulos entre os eixos, α, β e ¥.
6- Faça uma lista de metais com estrutura cristalina hexagonal, outra com metais CFC e CCC.
Est. Crist. Hexagonal: Berílio, Zinco e Cádmio, a estrutura formada será um prisma hexagonal, com três átomos dentro dela.
Est. Crist. Cúbica de Face centrada: Alumínio, Níquel, Cobre, Prata, Ouro, Platina e Chumbo, nestes, a estrutura terá a forma de um cubo com um átomo em cada uma de suas faces. 
Est. Crist. Cúbica de Corpo Centrado: Metais como o ferro, Cromo, Tungstênio e Molibdênio apresentam a estrutura em forma de cubo com um átomo extra em seu centro. 
7) Quantos tipos de células unitárias são conhecidas? Que são redes de Bravais?
	Existem sete tipos de células unitárias, quais sejam: cúbico, hexagonal, tetragonal, romboédrico, otorrômbico, monoclínico e triclínico.
	Rede de Bravais, é a denominação dada às configurações básicas que resultam da combinação dos sistemas de cristalização com a disposição das partículas em cada uma das células unitárias de uma estrutura cristalina. Para além da sua utilização em cristalografia, as redes de Bravais constituem uma importante ferramenta de análise tridimensional em geometria euclidiana.
Combinando os 7 sistemas cristalinos, que resultam das diferentes combinações da dimensão relativa das arestas das células unitárias e dos seus ângulos de inserção nos vértices, com as diferentes possibilidades de disposição espacial das partículas nas faces e no interior das células unitárias é possível criar 28 redes cristalinas. Na realidade, devido à simetria das soluções, existem apenas 14 configurações básicas, formando-se todas as demais a partir destas. Estas estruturas elementares são denominadas redes de Bravais.
Para determinar completamente a estrutura cristalina elementar de um sólido, além de definir a forma geométrica da rede, é necessário estabelecer as posições na célula dos átomos, iões ou moléculas que formam o sólido cristalino, que são denominados pontos reticulares. Segundo a disposição espacial dos pontos reticulares obtêm-se as seguintes variantes dos sistemas de cristalização:
P — célula unitária primitiva, ou simples, onde todos os pontos reticulares estão localizados nos vértices do paralelepípedo que constitui a célula;
F — célula unitária centrada nas faces, apresentando pontos reticulares nas faces para além dos localizados nos vértices. Quando apresentam somente pontos reticulares nas bases são designadas pelas letras A, B ou C , segundo as faces que contêm os pontos reticulares;
I — célula unitária centrada no corpo tendo, para além dos pontos que determinam os vértices, um ponto reticular no centro da célula.
R — célula unitária primitiva com eixos iguais e ângulos iguais, ou hexagonais, tendo, para além dos pontos que determinam os vértices, pontos duplamente centrados no corpo.
8) Qual o número de átomos (ou número de pontos de rede) das células unitárias do sistema cúbico para metais?
 A ligação atômica neste grupo de materiais é metálica, de tal modo que sua natureza é não- direcional. Consequentemente, não existem restrições em relação ao número e à posição dos átomos vizinhos mais próximos, isto leva a um número relativamente grandes de vizinhos mais próximos, bem como a empacotamentos densos de átomos para a maioria das estruturas cristalinas dos metais.
9) Determine as relações entre o raio atômico e o parâmetro de rede para o sistema cúbico em metais.
O raio atômico é uma das propriedades periódicas dos elementos químicos, e representa a distância entre o centro do núcleo de um átomo e a camada mais externa da eletrosfera (camada de valência). É calculado a partir de uma molécula diatômica de um mesmo elemento como a metade da distância entre os respectivos núcleos. Pois, como o átomo não é uma esfera, o cálculo do raio quando isolado é demasiadamente impreciso. Geralmente, o raio atômico cresce conforme aumenta o número de camadas e diminui com o aumento do número atômico. Assim, numa mesma família, o raio aumenta de cima para baixo. E, no mesmo período, da direita para a esquerda. O raio atômico está, também, intrinsecamente ligado à propriedade periódica da eletronegatividade. Pois, quanto maior essa propriedade, com maior força o núcleo atrai a eletrosfera e menor é o raio. De forma análoga, quanto maior o raio atômico, menor o potencial de ionização – já que a eletrosfera não é tão fortemente atraída pelo núcleo e o elétron de valência pode ser removido com mais facilidade; e menor a afinidade eletrônica – pois, com menos força de atração sobre a eletrosfera, uma menor quantidade de energia é liberada ao recebimento de um elétron.
Parâmetro de rede é a geometria da célula unitária, que é definida em termos de seis parâmetros: os comprimentos das três arestas, a, b e c, e os três ângulos entre os eixos, α, β e ¥. Comprimento dos lados da célula unitária.
Determina-se primeiramente como os átomos estão em contato (direção de empacotamento fechado, ou de maior empacotamento).
Geometricamente determina-se a relação entre o raio atômico (r) e o parâmetro de rede (ao).
No sistema cúbico simples os átomos se tocam na face:
10) Númerode coordenação: o que é e do que depende? Quais são os números de coordenação nas células unitárias dos metais?
O número de coordenação é o número de vizinhos mais próximos, depende de:
 - covalência: o número 	de ligações covalentes que um átomo pode compartilhar;
- fator de empacotamento cristalino.
O número de coordenação nas células unitárias:
 CÚBICO 
SIMPLES
12) Calcule a densidade do FeCFC e FeCCC.
 A densidade teórica de um cristal pode ser calculada usando-se as propriedades da estrutura cristalina.
p = (n° átomos / célula)*(massa atômica de cada átomo)
	(volume da célula unitária) * (n° de Avogadro)
FeCCC
Átomos/célula = 2 átomos
Massa atômica = 55,85 g/g.mol
Volume da célula unitária = a03 = 23,55 10-24 cm3/célula
Número de Avogadro = 6,02 1023 átomos/g.mol
ρ = (2 átomos / célula)*(55,85 g/g.mol) 	 
 (23,55 10-24 cm3/célula) * (6,02 1023 átomos/g.mol)
 ρ = 7,879 Mg/m3
A densidade teórica é 7,870 Mg/m3. 
ρ=nA/VcNa
n→número de átomos da célula unitária
A→ Peso Atonico
Vc →Volume da célula unitária
Na→ Número de Avogadro (6,02x10²³ átomos/mol)
ρ → Densidade
FeCFC
Átomos/célula = 4 átomos
Massa atômica = 55,85 g/g.mol
Volume da célula unitária = a03 = 23,55 10-24 cm3/célula
Número de Avogadro = 6,02 1023 átomos/g.mol
ρ = (4 átomos / célula)*(55,85 g/g.mol) 	 
 (23,55 10-24 cm3/célula) * (6,02 1023 átomos/g.mol)
 ρ = 15,757 Mg/m3
13) Quantas células unitárias estão presentes em um centímetro cúbico do Ni CFC?
ao = 4r = 4x1,62 = 6,48 = 1,62
 2¹/² 2¹/² 2¹/²
14) O que é alotropia? O que é anisotropia?
Alotropia é a propriedade que alguns elementos químicos têm de formar uma ou mais substâncias simples diferentes.
São alótropos: carbono, oxigênio, fósforo e enxofre. 
Alotropia: (do grego allos, outro, e tropos, maneira) consiste na alteração da estrutura cristalina devido a variações da temperatura e da pressão.
Anisotropia é um fenômeno em virtude do qual certas propriedades físicas de um mesmo corpo dependem da direção em que são medidas. O fato das substâncias minerais formarem cristais, indica que o comportamento físico da matéria cristalina depende da direção. Em determinadas direções formam-se faces, noutras arestas e noutras vértices. Nas redes cristalinas também se verifica que as distâncias entre os nós, que a formam, dependem da direção em que essa distância é medida. Esta variação de comportamento de propriedades físicas de um cristal segundo a direção em que se determina denomina-se anisotropia e tem importância muito significativa no estudo dos minerais. 
Anisotropia: é a característica que uma substância possui em que uma certa propriedade física varia com a direção as propriedades físicas dos materiais monocristalinos dependem da direcção cristalográfica em que são avaliadas.
Costuma-se designar qual a propriedade em que existe a anisotropia, por exemplo, anisotropia eléctrica, óptica, magnética.
Questionário 03
1- Como funciona o aumento de resistência dos materiais associado ao tamanho de grão?
	Quanto mais contornos de grãos, mais resistente à deformação e mais tenaz fica o material metálico. O contorno de grãos constitui obstáculos ao deslizamento de discordâncias, responsável pela deformação plástica e a propagação de trincas. O refino de grãos constitui um eficiente mecanismo de aumento da resistência e da tenacidade.
2- O que são discordâncias e como podem ocorrer?
	Uma discordância é um defeito linear ou unidimensional em torno do qual alguns dos átomos estão desalinhados. A discordância pode ocorrer por: discordância de aresta, que é quando uma porção extra de um plano de átomos, ou semiplano, cuja aresta termina no interior do cristal. Este é um defeito linear que está centralizado em torno da linha que fica definida ao longo da extremidade do semiplano de átomos adicionais. Dentro da região em torno d linha da discordância existe uma distorção localizada da rede cristalina.
Existe outro tipo de discordância chamado de discordância espiral, que pode ser considerado como sendo formado por uma tensão cisalhante que é aplicada para produzir distorção. A região anterior superior do cristal é deslocada uma distância atômica para a direita em relação à fração inferior. A distorção atômica associada a uma discordância espiral também é linear. Também chamada de discordância em hélice ou helicoidal.
	A maioria das discordâncias encontradas em materiais cristalinos não é provavelmente nem uma discordância puramente aresta nem uma discordância puramente espiral, porém exibe componentes que são característicos de ambos os tipos; essas são conhecidas por discordâncias mistas.
3-Qual o significado do vetor de Burgers? Qual a relação entre a discordância e a direção do vetor de Burgers para cada tipo de discordância?
	Vetor de Burgers, expressa a magnitude e a direção da distorção da rede cristalina que está associada com uma discordância. Para uma discordância aresta, os vetores de Burgers são perpendiculares, para uma discordância espiral, eles são paralelos e não serão nem paralelos e nem perpendiculares para uma discordância mista. Ainda, embora uma discordância mude de direção e de natureza no interior de um cristal ( por exemplo, de uma discordância aresta para uma discordância mista, para uma discordância espiral), o vetor de Burgers será o mesmo em todos os pontos ao longo da sua linha.
4-Defina grão. O que é contorno de grão. Que tipo de defeito é considerado um contorno de grão?
	Grão é a composição da maioria dos sólidos cristalinos, a qual é composta por uma coleção de muitos cristais pequenos ou grãos. Tais materiais são chamados de policristalinos. Os grãos crescem mediante a adição sucessiva de átomos, vindos do líquido circunvizinho, à estrutura de cada um deles. As extremidades de grãos adjacentes se chocam umas com as outras à medida que p processo de solidificação se aproxima de seu término. Existem algumas más combinações atômicas dentro da região onde dois grãos se encontram; esta área é chamada de contorno de grãos.
	Contorno de grãos, é um dos defeitos interfaciais encontrado nos sólidos. Os defeitos interfaciais são contornos que possuem duas dimensões e normalmente separam as regiões dos materiais que possuem diferentes estruturas cristalinas e/ou orientações cristalográficas.
	O contorno de grão é o contorno que separa dois pequenos grãos ou cristais que possuem diferentes orientações cristalográficas em materiais policristalinos.
5-Como pode a superfície de um cristal ser considerado um defeito da estrutura cristalina?
- Cristais reais sempre possuem defeitos. A natureza favorece a presença espontânea deles, pois isto pode reduzir a energia livre da estrutura. Defeitos podem ainda ser introduzidos por fatores externos tais quais tensões, bombardeamento iônico, contaminação etc.
 - Um defeito na estrutura cristalina pode ser compreendido como a ruptura de sua regularidade. Os defeitos podem ser classificados como puntiformes, lineares e de superfície. 
 - Os defeitos na rede cristalina são responsáveis por inúmeros processos que são fundamentais para a utilização de certos materiais em engenharia. Por isso, processos que introduzem defeitos nos cristais são desenvolvidos. 
6-O que são defeitos volumétricos?
Defeitos volumétricos (defeitos tridimensionais): poros, trincas, inclusões exógenas e outras fases.
7-Cite algumas propriedades influenciadas diretamente pela presença de defeitos.
	Defeito cristalino é uma imperfeição ou um "erro" no arranjo periódico regular dos átomos em um cristal. 
O tipo e o número de defeitos dependem do material, do meio ambiente, e das circunstâncias sob as quais o cristal é processado. Os tipos de defeitos podem ser definidos como:
• Defeitos pontuais: irregularidades que se estendem sobre somente alguns átomos (defeitos adimensionais - dimensão zero), podendo ser lacunas, intersticiais ou substitucionais;• Defeitos lineares: irregularidades que se estendem através de uma única
fileira de átomos (unidimensionais), podendo ser discordâncias em hélice ou discordâncias em cunha;
• Defeitos planares: irregularidades que se estendem através de um plano de átomos (bidimensionais, que incluem as superfícies exteriores e os limites de grão interiores), podendo ser contornos de pequeno ângulo, contornos de grão, interface precipitado - matriz;
• Defeitos volumétricos: defeitos macroscópicos tridimensionais se estendem sobre o conjunto dos átomos na estrutura ou no volume. Como exemplos destes defeitos pode-se citar os poros, as fendas, os precipitados e as inclusões.
Além desta classificação, os defeitos podem ser divididos nas seguintes categorias:
• Intrínsecos: defeitos decorrentes das leis físicas;
• Extrínsecos: defeitos presentes devido ao meio ambiente e/ou as condições de processamento.
Sendo que a maioria dos defeitos em materiais são extrínsecos.
8-O que são defeitos extrínsecos e intrínsecos?
Defeito intrínseco: defeito que surge no material apenas pelo efeito da temperatura.
Extrínseco: os defeitos são gerados fora do material e não dependem da temperatura. São criados pela presença de impurezas, adição de dopantes, mudança de valência ou mudança de expressão externa de oxigênio.
9- Na interdifusão o que determina para onde o átomo se desloca?
Cada partícula pode se movimentar para a direita e para a esquerda
- Nas interfaces vão existir mais partículas migrando para a direita do que para a esquerda ≥ fluxo médio de partículas para a direita.