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ESTRUTURAS CRISTALINAS CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINOVAFAPI CURSO: BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL DISCIPLINA: CIÊNCIA E TEC. DOS MATERIAIS 1 Por quê estudar? As propriedades de alguns materiais estão diretamente associadas à sua estrutura cristalina (ex: magnésio e berílio que têm a mesma estrutura se deformam muito menos que ouro e prata que têm outra estrutura cristalina) Explica a diferença significativa nas propriedades de materiais cristalinos e não cristalinos de mesma composição (materiais cerâmicos e poliméricos não-cristalinos tendem a ser opticamente transparentes enquanto cristalinos não) ESTRUTURA CRISTALINA Designação dada ao conjunto de propriedades que resultam da forma como estão espacialmente ordenados os átomos ou moléculas de constituição dos sólidos Os materiais sólidos podem ser classificados de acordo com a regularidade na qual os átomos ou íons se dispõem em relação à seus vizinhos. Material cristalino é aquele no qual os átomos encontram-se ordenados sobre longas distâncias atômicas formando uma estrutura tridimensional que se chama de rede cristalina Todos os metais, muitas cerâmicas e alguns polímeros formam estruturas cristalinas sob condições normais de solidificação As estruturas cristalinas estão presentes em diversos materiais, em que os átomos distribuídos dentro de sua estrutura formam uma rede chamada retículo cristalino. Possuem, portanto, estruturas cristalinas os sais, metais e a maior parte dos minerais; As moléculas das estruturas cristalinas podem possuir dois tipos de ligações, as direcionais, em que se incluem as covalentes e dipolo-dipolo e as não-direcionais em que estão as ligações metálica, iônica, van der Walls. ESTRUTURA NÃO CRISTALINA (amorfas) São substâncias formadas por arranjos atômicos aleatórios sem simetria ou ordenação Nos materiais não materiais não-cristalinos ou amorfos cristalinos ou amorfos não existe ordem de longo alcance na disposição dos átomos. Algumas cerâmica e polímeros não apresentam estruturas cristalina . Há um número grande de diferentes estruturas cristalinas, desde estruturas simples exibidas pelos metais até estruturas mais complexas exibidas pelos cerâmicos e polímeros Estruturas Cristalinas Estrutura Cristalina – maneira segundo a qual os átomos, íons ou moléculas estão arranjadas Modelo de esfera rígida atômica – esferas sólidas com diâmetros definidos representam os átomos onde os vizinhos mais próximos se tocam entre si Célula Unitária Consiste num pequeno grupos de átomos que formam um modelo repetitivo ao longo da estrutura tridimensional; A célula unitária é escolhida para representar a simetria da estrutura cristalina ESTRUTURA CRISTALINA Os átomos são arrumados de maneira regular e repetitiva; GEOMETRIA CRISTALINA 07 SISTEMAS - 14 REDES CRISTALINAS É a designação dada a um grupo de ordenamento espacial pontual regular de átomos ou moléculas Estes sistemas incluem todas as possíveis geometrias de divisão do espaço por superfícies planas contínuas; Sistemas Cristalinos Os sete sistemas cristalinos REDES CRISTALINOS (Redes de Bravais) - é a denominação dada às configurações básicas que resultam da combinação dos sistemas de cristalização AS 14 REDES DE BRAVAIS Estrutura Cristalina dos Metais Como a ligação metálica é não-direcional não há restrições quanto ao número e posições dos vizinhos mais próximos. Então, a estrutura cristalina dos metais têm geralmente um número grande de vizinhos e alto empacotamento atômico. Três são as estruturas cristalinas mais comuns em metais: Cúbica de corpo centrado, cúbica de face centrada e hexagonal compacta. Cúbica de Corpo Centrado Número de Coordenação para CCC Fator de Empacotamento Atômico para CCC Cúbica de Face Centrada Número de Coordenação para CFC Hexagonal Compacta Hexagonal Compacta 6 atomos por célula unitária O número de coordenação para a estrutura HC é 12 e, portanto, o fator de empacotamento é o mesmo da cfc, ou seja, 0,74. Estruturas Cerâmicas Estruturas cristalinas compostas por íons eletricamente carregados, em vez de átomos; Duas características dos íons influenciam a estrutura dos cristal: - O cristal deve ser eletricamente neutro - Envolve os raios iônicos dos cátion e ânions Alguns exemplos de estruturas cerâmicas Estrutura dos Polímeros Estruturas poliméricas Alotropia e polimorfismo DEFINIÇÃO :Muitos elementos e compostos existem em mais de uma forma cristalina, em diferentes condições de temperatura e pressão. Geralmente as transformações polimorficas são acompanhadas de mudanças na densidade e mudanças de outras propriedades físicas. EXEMPLO DE MATERIAIS QUE EXIBEM POLIMORFISMO Ferro Titânio Carbono (grafite e diamente) SiC (chega ter 20 modificações cristalinas) Etc. ‘ Outro exemplo de alotropia é o que ocorre com o carbono. Materiais monocristalinos e policristalinos Monocristalinos: constituídos por um único cristal em toda a extensão domaterial, sem interrupções. Todas as células unitárias se ligam da mesma maneirae possuem a mesma direção. Difração de Raios-x Medir a estrutura cristalina dos materiais Determinar a estrutura de um novo material Identificar materiais a partir da sua estrutura Raios-x tem comprimento de onda similar a distância interplanar - 0,1nm Difração – A interferência construtiva, ou reforço, de um feixe de raios X ou de elétrons interagindo com o material. O feixe difratado fornece informação útil a respeito da estrutura do material analisado.
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