Defeitos Estruturas Cristalina1

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Estruturas Cristalinas: Defeitos nos Sólidos Cristalinos 
Aluno: Mateus Victor Pinheiro . 
 
Defeito nos Sólidos Cristalinos 
 
Neste trabalho serão apresentadas as principais imperfeições cristalinas. 
Defeitos Puntiformes 
São aqueles associados a um ponto na rede cristalina envolvendo um ou dois átomos. 
Lacunas ou vacâncias: São vazios na rede cristalina. 
São posições da rede que deveriam estar ocupadas por átomos, mas estão vazias. 
A presença de lacunas altera a energia livre da rede. Esta energia pode ser minimizada 
por uma certa concentração de vacâncias na rede que depende da temperatura. A 
concentração de equilíbrio de vacâncias é dada por C = Co EXP(-Q / kT), em que Q é a 
energia molar de ativação das vacâncias, k é a constante de Boltzmann e T a temperatura 
absoluta. Superfícies e contornos de grão são nascedouros e sumidouros de vacâncias. A 
existência de uma vacância promove o deslocamento dos átomos circunvizinhos de suas 
posições regulares. Isto induz tensões na rede. 
 As vacâncias podem mudar de posição, caso haja suficiente agitação térmica 
entre os átomos. Mudança de posição de vacâncias é equivalente à mudança de posição 
dos átomos. Esta é a base do processo de difusão atômica em redes cristalinas. 
 
Defeitos Pontuais – Frenkel 
Envolve uma lacuna de cátion e um par cátion-intersticial. Um cátion deixa sua 
posição normal e se move para o interior de um sítio intersticial. Não existe mudança 
global na carga, pois o cátion mantém a mesma carga positiva quando se torna intersticial. 
Defeitos pontuais - Schottky 
Consiste em um “par composto por uma lacuna de cátions e uma lacuna de 
ânions”. Remoção de um cátion e de um ânion do interior do cristal, seguido pela 
colocação de ambos os íons em uma superfície externa. Presentes principalmente em 
compostos altamente iônicos (compostos que tem que manter o balanço de cargas). Os 
íons positivos e negativos apresentam tamanhos semelhantes. 
Defeitos em linha 
Também chamados de discordâncias são defeitos lineares ou unidimensionais em 
torno do qual alguns átomos estão desalinhados. As discordâncias estão associadas com 
a cristalização e a deformação (origem: térmica, mecânica e supersaturação de defeitos 
pontuais). Os defeitos lineares são associados principalmente à deformação mecânica. A 
presença deste defeito é a responsável pela deformação, falha e ruptura dos materiais. 
Existem dois tipos de principais de discordâncias: Discordância em cunha ou de aresta. 
Discordância em Cunha (Aresta) 
O defeito ou linha de discordância ocorre ao longo da aresta da linha extra de 
átomos. O vetor de Burger é perpendicular à direção da linha da discordância. Envolve 
zonas de tração e compressão 
Discordância em hélice (espiral) 
O vetor de burger é paralelo à direção da linha de discordância. A quantidade e o 
movimento das discordâncias podem ser controlados pelo grau de deformação 
(conformação mecânica) e/ou por tratamentos térmicos. Com o aumento da temperatura 
há um aumento na velocidade de deslocamento das discordâncias favorecendo o 
aniquilamento mútuo 
Defeitos de superfície 
Cristais apresentam defeitos em duas dimensões, que se estendem ao longo da 
estrutura, gerando imperfeições de superfície: Superfícies livres 
Falhas de empilhamento. 
 
Contornos de grão 
Superfície livre Superfície externa: é a superfície entre o cristal e o meio que o 
circunda. Na superfície os átomos não estão completamente ligados ao número máximo 
de vizinhos mais próximos. Então, o estado de energia dos átomos na superfície é maior 
que no interior do cristal. Os materiais tendem a minimizar está energia sequência 
ABCABCABC dos planos compactos dos cristais CFC. Falhas de empilhamento ocorre 
nos materiais quando há uma interrupção na sequência de empilhamento. 
O contorno de grão ancora o movimento das discordâncias, pois constitui um 
obstáculo para a passagem das mesmas. A passagem de uma discordância através do 
contorno de grão requer energia. A energia interfacial total é menor em materiais com 
grãos grandes ou grosseiros do que em materiais com grãos mais finos, uma vez que existe 
menos área de contorno total nos grãos grandes. 
Maclas Tipo especial de contorno de grão que separa duas regiões com uma 
simetria tipo “espelho”. Tal defeito ocorre quando parte da rede cristalina é deformada, 
de modo que a mesma forme uma imagem especular da parte não deformada. As maclas 
resultam de deslocamentos atômicos que são produzidos a partir de forças mecânicas de 
cisalhamento aplicadas (maclas de deformação), e também durante tratamento térmico de 
recozimento realizado após deformação (maclas de recozimento). Em resumo, maclas 
podem surgir a partir de tensões térmicas ou mecânicas. 
Defeitos de volume Além dos defeitos apresentados anteriormente, os materiais 
podem apresentar outros tipos de defeitos, que se apresentam em escalas muito maiores. 
Esses defeitos normalmente são introduzidos nos processos de fabricação, e podem afetar 
fortemente as propriedades dos produtos. 
 
 
INTERSTÍCIOS 
São posições da rede cristalina que regularmente estão vazias, mas são ocupadas 
por átomos. A introdução de um átomo entre as posições regulares da rede produz o 
deslocamento dos átomos regulares para abrir espaço para o átomo intersticial. Isto resulta 
em tensões na rede, cuja intensidade depende do tamanho do átomo intersticial. 
IMPUREZAS: 
Trata-se da presença na rede de um átomo não pertencente à rede regular. As 
impurezas podem ocupar posições regulares da rede (impureza substitucional), ou seja, 
substituir um átomo regular, ou pode ocupar uma posição intersticial da rede (impureza 
intersticial). 
O tipo de impureza depende de seu tamanho. Impurezas tão grandes ou maiores 
de que os átomos regulares tendem a ser substitucionais. Impurezas menores de que os 
átomos regulares tendem a ser intersticiais. Isto ocorre para minimizar a deformação da 
rede provocada pela colocação de um átomo de tamanho diferente na rede. 
Impurezas sempre estão presentes em materiais como forma de minimizar a 
energia livre pelo aumento de sua entropia. Entretanto, em muitas ocasiões, elas são 
propositalmente introduzidas para modificar controladamente as propriedades dos 
materiais. Semicondutores extrínsecos e materiais endurecidos por solução sólida são 
exemplos de materiais nos quais impurezas foram introduzidas.