Apresentação+1 Estruturas+Cristalinas+e+Amorfas (1)

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Estruturas Cristalinas
Profª Valéria Tavares
Arranjos Atômicos
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Introdução Estruturas Cristalinas
Arranjos Cristalinos: arranjos atômicos que se repetem nas três dimensões
Algumas vezes os cristais controlam a forma externa (Ex: superfície plana das pedras preciosas e quartzo (SiO2), superfície hexagonal dos flocos de neve.)
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Determinados pela:
Coordenação atômica: 
Número de vizinhos que um átomo pode ter determina a repetição tridimensional do arranjo.
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Exemplo de divisão do espaço
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Sistemas Cristalinos
Qualquer empacotamento atômico deve estar num dos 7 tipos de cristais abaixo:
Cúbicos
Tetragonal
Ortorrômbico
Monoclínico
Triclínico
Hexagonais
Romboédricos
Estão associados com o modo pelo qual o espaço pode ser dividido em volumes iguais pela interseção de superfícies planas.
Compõe todas as possíveis geometrias de divisão do espaço por superfícies planas contínuas.
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Outros Reticulados Cristalinos
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Quociente entre raios atômicos = 0,98/1,81 = 0,54 => NC = 6
Cada Na+ e cada Cl- é cercado por 06 átomos ocorrendo a repetição nas três dimensões
Formação de pequenos cubos de faces planas e arestas de (2r + 2R)
CRISTAL => originado da formação da Célula unitária - cubo básico que se repete em todos os outros cubos de NaCl.
As distâncias entre átomos iguais são maiores do que entre átomos diferentes - essa diferença é importante na medida que as forças de repulsão devem ser menores que as forças de atração (cargas opostas).
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Estruturas Cúbicas
Cúbico simples (cs)
Cúbico de corpo centrado (ccc)
Cúbico de faces centradas (cfc)
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Estruturas Cúbicas
(Cubíca Simples)
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Estruturas Cúbicas
(Cubíca Simples)
Hipotética para metais puros
Um átomo em cada vértice do cubo
Três arestas iguais e eixos perpendiculares
Posições equivalentes em cada célula (a célula unitária é uma síntese da estrutura de todo o material)
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Estruturas Cúbicas
(Cubíca Simples)
Da figura observa-se que em cada célula unitária há apenas o equivalente a 01 átomo (1/8 de cada átomo da figura cai dentro da célula) 
Fator de empacotamento baixo
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Estruturas Cúbicas
(Cubíca Simples)
Fator de empacotamento = volume dos átomos
			 volume da célula unitária
FECS = 4¶r3/3 = 0,52
 (2r)3
52% =>apenas 52% do espaço está ocupado => explica o porque dos metais não se cristalizarem neste arranjo.
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Estruturas Cúbicas
(Cubíca Corpo Centrado)
Um átomo em cada vértice do cubo e um no centro
Todos os átomos são geometricamente equivalentes
Dois átomos por célula unitária (1 no centro e 8 1/8 nos vértices)
Cada átomo possui 8 vizinhos quer esteja no centro do cubo ou no vértice (NC =8);
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CCC 
Cúbica de Corpo Centrado
Átomos por célula unitária: 2 
FC = Índice de ocupação volumétrica: 0,68
Exemplos:
Cr, V, Mo, Na, W,
Fe-a (até 912ºC e de 1394ºC a 1538ºC) 
Tungstênio
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Estruturas Cúbicas
(Cubíca Corpo Centrado)
 Fator de empacotamento (índice de ocupação volumétrica) = 0,68
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Estruturas Cúbicas
(Cubíca Face Centrada)
Um átomo em cada vértice da célula unitária, um no centro de cada face e nenhum no centro.
4 átomos por célula: 8 1/8 nos vértives e 6 metades no centro de cada face
o número de coordenação no cfc é 12;
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CFC
Cúbica de Face Centrada
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CFC
Cúbica de Face Centrada
Átomos por célula unitária: 4
FC = Índice de ocupação volumétrica: 0,74
Em metais ocorre mais cfc que a estrutura ccc 
Exemplos: Cu, Al, Pb, Ag, Ni, NaCl, Au, Fe-g (de 912ºC à 1394ºC)
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Estruturas Cúbicas
(Cúbica de Face Centrada)
Observações finais: 
fator de empacotamento é independente do tamanho do átomo se apenas um átomo está presente;
em estruturas com 2 ou mais átomos os tamanhos relativos afetam o fator de empacotamento
a estrutura cfc possui o maior fator de empacotamento possível para um metal puro => estrutura cúbica de empacotamento fechado;
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Estruturas Hexagonais
(Hexagonal Simples)
Não possuem posições internas equivalente aos vértices;
baixo empacotamento atômico - metais não se criastalizam nesta estrutura;
compostos com mais de um tipo de átomo podem possuir esta configuração
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Estruturas Hexagonais
(Hexagonal de Empacotamento Fechado ou Hexagonal Compacta)
mais denso que a hexagonal simples => maior fator de empacotamento
cada átomo de uma dada camada está abaixo ou acima dos interstícios entre três átomos das camadas adjacentes
Ex: Zinco
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Estruturas Hexagonais
(Hexagonal de Empacotamento Fechado ou Hexagonal Compacta)
cada átomo tangencia 12 átomos (NC=12): 3 na camada acima, 3 na camada abaixo e 6 no seu plano
fator de empacotamento => 0,74
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Direções no Cristal
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Direções Cristalinas
Utiliza a célula unitária como base
importante para certas propriedades e estruturas cristalinas
as coordenadas relacionam posições nos eixos coordenados (xyz) contudo não correspondem a medidas => estão associados aos parâmetros dos reticulados;
para representar uma direção deve-se utilizar a combinação dos menores números inteiros => direção [111]=[222]
direção [112] => passa pela origem e pelo centro da face superior.
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Planos
Cristalinos
As propriedades e o comportamento do cristal são afetadas pelos seus planos de átomos
A representação dos planos difere da representação das direções: são utilizados os números inversos das distâncias das intercessões dos plano com o eixo à origem.
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Plano (010) : corta os eixos coordenados em 1/, 1/1 e 1/
Plano (110) corta os eixos coordenados em 1/1, 1/1 e 1/
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Planos Cristalinos
as posições são representadas através dos Índices de Miller (hkl)
o Índice de Miller de um plano representa todos os planos paralelos ao plano que satisfaz aos parâmetros dos índices. Ex.: (010)
semelhante às direções cristalinas, os números dos índices de Miller são medidas que usam, como unidade, o parâmetro correspondente ao eixo.
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Planos Cristalinos
A densidade planar em um plano cristalino afeta a deformação plástica
Densidades Planares: átomos / unidade de área
 
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Planos Cristalinos
Espaçamentos Interplanares: distância entre planos
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Planos
Cristalinos
Sequência de empilhamento
 Cristais hc e cfc possuem o mesmo NC e o mesmo FE
 Um fator que os difere é a sequência de empilhamento => superposições de planos.
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Estruturas Cristalinas
(Polimorfismo)
Isômeros 
mesma composição, estruturas diferentes
Cristais Polimorfos
Mesma composição, estruturas cristalinas diferentes 
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Estruturas Cristalinas
(Cristais Moleculares)
As moléculas podem formar arranjos cristalinos.
Diferenças: moléculas não são esféricas
			 agem como unidades independentes
		 atrações intermoleculares - forças de van
 der waals
Eficiência do empacotamento controla a cristalização molecular
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Estruturas Cristalinas
(Cristais Moleculares)
Cristais de polímeros
 cristalização ocorre menos facilmente contudo, sob certas condições, os polímeros se cristalizam.
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Estruturas Amorfas
Capítulo 3 - Van Vlack
Arranjos Atômicos
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Introdução Estruturas Amorfas
Materiais que não apresentam a regularidade interna dos cristais
amorfos => sem forma => gases
						 líquidos
						 vidros
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Gases
Estrutura resume-se à estrutura independente das moléculas;
interações entre moléculas e átomos são momentâneas e elásticas
PV=nRT => até 10 atm
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Líquidos
Fluidos e desordenados como os gases
densidade próxima a do cristal correspondente (exceção dos líquidos que se expandem ao solidificar)
presença de estrutura e similares a dos cristais em pequenas distancias
NC médio, geralmente, é aproximadamente igual à do cristal correspondente
Empacotamento é, geralmente, menos eficiência que a estrutura sólida devido ao nível de energia térmica envolvida => não há resistência ao cisalhamento
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VidrosConsiderado como líquidos super-resfriados.
Poucos líquidos podem ser super-resfriados
em temperaturas elevados os vidros formam líquidos verdadeiros => não há resistência ao cisalhamento
quando o vidro líquido é super-resfriado, há contrações térmicas causadas pelo rearranjo atômico produzindo um melhor empacotamento dos átomos
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Vidros
Com um resfriamento mais pronunciado, há uma mudança abruptas no coeficiente de expansão dos vidros
abaixo de uma certa temperatura (temperatura de transformação) cessam os rearranjos atômicos e a contração que persiste é o resultado de vibrações térmicas mais fracas
esse coeficiente á comparável com ao coeficiente de dilatação térmica dos cristais
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	Vidros
Variação de volume nos vidros
o líquido, ao ser resfriado, abaixo da temperatura de fusão se contrai rapidamente em virtude dos rearranjos atômicos - empacotamento atômico mais eficiente. 
Abaixo da temp. de transformação não há mais rearranjos e a contração remanescente se dá pela redução de vibrações térmicas.
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Vidros
Materiais que possuem curva de dilatação térmica como ao da figura anterior;
podem ser orgânicos ou inorgânicos
caracterizados por existir ordem em pequenas distâncias
abaixo da temperatura de transformação não facilidade de rearranjos, perdendo-se as características de fluidez passando a existir um sólido cristalino com resistência ao cisalhamento.
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Vidros
Vidro
ordem em pequenas distâncias
Cristal
ordem em grandes distâncias
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Fases Cristalinas e Amorfas
FASE => parte estruturalmente homogênea de um sistema material
FASE CRISTALINA => arranjo atômico definido com uma estrutura repetitiva em muitas distâncias atômicas
FASE AMORFA => Ordem em pequenas distâncias
obs.: apenas uma fase gasosa pode existir em um dado sistema => todas as espécies de materiais na forma de vapor podem misturar-se em uma única estrutura => átomos separados e distribuídos ao acaso.