262594109-Mineralogia-defeitos-cristalinos

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Elementos de Mineralogia e 
Petrologia 
Aula 2 
Substância cristalina e sistemas 
cristalinos 
Substância cristalina 
 Substância cristalina: átomos dispostos em 
posições regulares no espaço. 
 
 Rede + Base 
 Rede: estrutura geométrica 
 Base: distribuição dos átomos em cada ponto 
da rede. 
 Rede + Base = Estrutura cristalina 
 
Estrutura cristalina 
Célula unitária 
 Unidade básica 
repetitiva da 
estrutura 
tridimensional. 
 
 Rede cúbica de face 
centrada. 
 
Sistemas cristalinos 
 Os tipos de redes cristalinas tridimensionais foram 
agrupados em 7 sistemas cristalinos de acordo com os 7 
tipos convencionais de células unitárias: 
 
Cúbico, ortorrômbico, tetragonal, monoclínico, 
romboédrico, triclínico e hexagonal. 
 
➔ Sistemas cristalinos: representação cartesiana com os 
eixos x, y e z e os ângulos , e , entre os eixos. 
 
 
Sistemas cristalinos 
Sistemas cristalinos 
Sistemas cristalinos - cúbico 
Sistema cúbico - NaCl 
Sistemas cristalinos - ortorrômbico 
Sistemas cristalinos - tetragonal 
Sistemas cristalinos - monoclínico 
Sistemas cristalinos – romboédrico 
Sistemas cristalinos – triclínico 
Sistemas cristalinos – hexagonal 
Sistemas de índices 
 
➔ A posição de um ponto numa rede cristalina é 
definida, num sistema de coordenadas 
cartesianas, em termos do número de 
parâmetros de rede em cada direção. 
 
➔ As coordenadas são escritas como as três 
distâncias, separadas por vírgula: ax, ay, az. 
 
Sistemas de índices 
Planos cristalinos 
 Índices de Miller: utilizado para descrever o 
conjunto de planos existentes em um cristal. 
 
➔ Equação do plano: x/a + y/b + z/c = 1 
 onde a, b e c são pontos de interceptação do plano 
com os eixos x, y e z. 
➔ Como a, b e c podem ser menores do que 1 ou 
infinito no caso do plano ser paralelo a um eixo, 
adota-se o inverso dos valores de a, b e c: 
 h=1/a, k=1/b, l=1/c (h k l). 
Planos cristalinos 
Planos (0 1 0) 
São paralelos aos 
eixos x e z 
(paralelo à face) 
Cortam um eixo: y 
em 1 e os eixos x 
e z em . 
1/ , 1/1, 1/ . 
Planos cristalinos 
Planos (1 1 0) 
São paralelos ao 
eixo z. 
Cortam dois eixos: x 
e y. 
1/1, 1/1, 1/ . 
Planos cristalinos 
Planos (1 1 1) 
Cortam os três eixos 
cristalográficos. 
1/1, 1/1, 1/1. 
Defeitos cristalinos 
 
 
Definição: 
Imperfeição do reticulado cristalino. 
Ruptura da regularidade da rede. 
Imperfeições cristalinas 
 Defeitos cristalinos: imperfeições que ocorrem no 
arranjo periódico regular dos átomos em um cristal. 
 Podem envolver irregularidades na “posição dos 
átomos” e no “tipo de átomos”. 
 
 Tipo e número de defeitos dependem: 
 Do material. 
 ƒDa “história” de processamento do material. 
 ƒDo meio ambiente. 
 
Imperfeições cristalinas 
 Defeitos modificam o comportamento (mecânico, 
elétrico, químico, ótico) do material. 
 
 Através da introdução de defeitos, controlando o 
número e o arranjo destes, é possível desenvolver 
novos materiais com as características desejadas. 
 Exemplo: Dopagem em semicondutores - 
Imperfeições criadas para alterar o tipo de 
condutividade em determinadas regiões do 
material. 
Imperfeições cristalinas - importância 
DEFEITOS 
INTRODUÇÃO 
SELETIVA 
CONTROLE DO 
NÚMERO 
ARRANJO 
Permite desenhar e criar novos materiais com a 
combinação desejada de propriedades 
Defeitos cristalinos - Classificação 
 Defeitos puntiformes (associados com uma 
ou duas posições atômicas): lacunas e átomos 
intersticiais. 
 
 Defeitos de linha (unidimensionais): 
discordâncias. 
 
Defeitos cristalinos - Classificação 
 Defeitos bidimensionais (fronteiras entre duas 
regiões com diferentes estruturas cristalinas ou 
diferentes orientações cristalográficas): 
contornos de grão, interfaces, defeitos de 
empilhamento, superfícies livres. 
 
 Defeitos volumétricos (tridimensionais): 
poros, trincas e inclusões. 
 
Defeitos puntiformes 
 Devido à agitação térmica, os átomos de um cristal 
real estão sempre vibrando. Quanto maior a 
energia térmica, maior será a chance de átomos 
sair de suas posições, deixando um vazio em seu 
lugar. 
 Dentro da rede cristalina existem inúmeros 
interstícios, espaços vazios entre os átomos, nos 
quais é possível alojar outros átomos. 
 Impurezas presentes na rede cristalina. 
Defeitos puntiformes 
Lacunas 
➔ Lacunas (vacancy): Ausência de um átomo em 
um ponto do reticulado cristalino. Posições da 
rede que deveriam estar ocupadas por átomos, 
mas estão vazias. 
➔ Podem ser formadas durante a solidificação ou 
como resultado de vibrações atômicas. 
➔ A existência de uma vacância promove o 
deslocamento dos átomos circunvizinhos de 
suas posições regulares. 
 
 
 
 
Defeitos puntiformes: Interstícios 
➔ Interstícios: posições da rede cristalina que 
regularmente estão vazias, mas são ocupadas 
por átomos. 
➔ Introdução do átomo entre as posições 
regulares da rede produz o deslocamento dos 
átomos regulares para abrir espaço para o 
átomo intersticial. 
➔ Grande distorção do reticulado cristalino. 
➔ Auto-intersticial: é um átomo que ocupa um 
interstício da estrutura cristalina. 
Defeitos puntiformes 
Lacunas e Auto-intersticiais 
Lacuna 
auto-intersticial 
Defeitos puntiformes 
Átomo intersticial pequeno Átomo intersticial grande 
 gera maior distorção na rede 
Defeitos puntiformes: Impurezas 
 Impureza: presença na rede de um átomo não 
pertencente à rede regular. 
 
 Podem ocupar diferentes posições: 
 Posições regulares da rede: IMPUREZA 
SUBSTITUCIONAL (substituir um átomo 
regular). 
 Posições intersticial da rede: IMPUREZA 
INTERSTICIAL. 
Defeitos puntiformes: Impurezas 
Ligas Metálicas 
Impurezas são adicionadas intencionalmente com 
a finalidade: 
- aumentar a resistência mecânica 
- aumentar a resistência à corrosão 
- Aumentar a condutividade elétrica 
Defeitos puntiformes: Impurezas 
Impureza 
substitucional Impureza 
intersticial 
Tipos de impurezas 
 Tipo de impureza depende do tamanho: 
 
Impurezas do mesmo tamanho ou maiores do 
que os átomos regulares tendem a ser 
SUBSTITUCIONAIS. 
 
 Impurezas menores do que os átomos 
regulares tendem a ser INTERSTICIAIS. 
 
Defeitos em linha (lineares) 
 Imperfeições da rede que ocorrem ao longo de 
uma linha: discordâncias. 
 
 Exemplo: Discordância em cunha ou aresta. 
 
 As discordâncias deformam localmente a rede. 
 
Defeitos em linha (lineares) 
 Também chamados de discordâncias. 
 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). 
 Defeitos lineares são associados principalmente à 
deformação mecânica. A presença deste defeito é 
a responsável pela deformação, falha e ruptura dos 
materiais. 
Defeitos em linha (lineares) 
 Imperfeições da rede que ocorrem ao longo de 
uma linha: discordâncias. 
 
 Exemplo: Discordância em cunha ou aresta. 
 
 As discordâncias deformam localmente a rede. 
 
Discordância em cunha ou aresta 
Discordância em cunha ou aresta 
Defeitos bidimensionais 
 Interface: contorno entre duas fases diferentes. Contornos de Grão: contornos entre dois cristais 
sólidos da mesma fase. 
 
 Superfície Externa: superfície entre o cristal e o 
meio que o circunda. 
 
Defeitos bidimensionais 
Contornos de grão 
Contornos de grão 
Os átomos próximos aos contornos (a) não possuem uma 
distância de equilíbrio ou arranjo definido. Grãos e 
contornos de grão em uma amostra de aço inoxidável 
ferrítico (b). 
Defeitos bidimensionais 
Contornos de grão 
Contornos de grão: 
 desalinhamento das redes dos grãos 
adjacentes. 
 
 Região de maior concentração de defeitos e 
ligações desfeitas. 
 
 Atuam como barreiras ao movimento de 
discordâncias e caminhos de propagação de 
trincas. 
Defeitos bidimensionais 
 Defeitos de Empilhamento: ocorre nos 
materiais quando há uma interrupção na 
sequência de empilhamento, por exemplo na 
sequência ABCABCABC.... dos planos 
compactos dos cristais CFC. 
 
Defeitos bidimensionais 
Defeitos de empilhamento 
Defeitos volumétricos 
 Apresentam-se em escalas maiores em relação 
aos defeitos anteriores. 
 
 Defeitos introduzidos nos processos de 
fabricação e afetam fortemente as propriedades 
dos produtos. 
 
 Exemplos: inclusões, poros, trincas. 
 
Defeitos volumétricos 
trincas 
Defeitos volumétricos 
poros