Estrutura Cristalina

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Centro Universitário Leonardo da Vinci – Timbó/SC
Professora: Renata Bianco.
Disciplina: Ciência e Propriedade dos Materiais.
Acadêmico: Cristian Marcelo Nunes de Bairros – Engenharia de Produção.
Estrutura Cristalina 
Timbó, 22 de abril de 2020.
Sumário 
· Introdução.
· Definição. 
· Células Unitárias. 
· Sistema de Bravais.
· Sólidos Cristalinos e Amorfos. 
· Monocristais e Policristais. 
· Propriedades Mecânicas. 
· Conclusão. 
· Referências. 
· Legendas de Imagens. 
 
Introdução
A estrutura dos materiais sólidos depende da ordenação estrutural de seus átomos, íons ou moléculas. A grande maioria dos materiais, particularmente os metálicos, exibe um arranjo geométrico de seus átomos bem definido, constituindo uma estrutura cristalina. 
Desta maneira, é possível descrever um conjunto de posições atômicas repetitivo, denominado de célula unitária. Uma célula unitária é definida como a menor porção do cristal que ainda conserva as propriedades originais do mesmo. Através da adoção de valores específicos, como parâmetros axiais e ângulos interaxiais, pode-se obter células unitárias de diversas naturezas. 
O estudo da estrutura interna dos materiais necessita da utilização de 7 arranjos atômicos básicos, que derivam o sistema de Bravais. 
A classificação dos átomos, moléculas e íons pode classificar os sólidos em cristalinos, que é caracterizado por uma ordenação de 3 dimensões, de longo alcance; e amorfos, que é caracterizado por um arranjo sem padrão, de curto alcance.
Definição
	
O conceito de estrutura cristalina está relacionado à organização dos átomos de forma geométrica. Os átomos distribuídos dentro de sua estrutura formam uma rede chamada retículo cristalino. 
As moléculas das estruturas cristalinas podem possuir dois tipos de ligações. As direcionais, onde estão as covalentes e dipolo-dipolo e as não-direcionais, em que se incluem as ligações metálica, iônica, van der Walls.
As estruturas cristalinas são formadas por células unitárias, que são sua unidade básica, pois constituem o menor conjunto de átomos associados encontrados numa estrutura cristalina.
Figura 1
Células Unitárias
Um pequeno grupo de átomos que formam um padrão repetitivo ao longo da estrutura tridimensional.
As células unitárias possuem três conjuntos de faces paralelas. A célula unitária é escolhida para representar a simetria de cada estrutura cristalina.
Existem 7 sistemas cristalinos básicos que englobam todas as substâncias cristalinas conhecidas, e deles Bravais derivou 14 células unitárias.
	SISTEMAS
	EIXOS
	ÂNGULOS ENTRE OS EIXOS
	CÚBICO
	a=b=c
	Todos os ângulos = 900
	TETRAGONAL
	a=b≠c
	Todos os ângulos = 900 
	ORTORRÔMBICO
	a≠b≠c
	Todos os ângulos = 900
	MONOCLÍNICO
	a≠b≠c
	2 ângulos = 900 e 1 ângulo ≠900
	TRICLÍNICO
	a≠b≠c
	Todos ângulos diferentes e nenhum igual a 900
	HEXAGONAL
	a1=a2=a3≠c
	2 ângulos = 900e 1 ângulo = 1200
	ROMBOÉDRICO
	a=b=c
	Todos os ângulos iguais, mas diferentes de 900
Sistema 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 
 	Para além da sua utilização em cristalografia, as redes de Bravais constituem uma importante ferramenta de análise tridimensional em geometria euclidiana.
Para que um arranjo espacial possa ser classificado como uma rede de Bravais tem de obedecer cumulativamente às seguintes condições:
1. A estrutura constitui uma célula unitária, sendo assim a menor subdivisão de uma rede cristalina que conserva as características gerais de todo o retículo, permitindo por simples replicação a reconstituição do sólido cristalino completo;
2. Planos que contenham pontos situados em faces opostas são paralelos;
3. As arestas da célula unitária ligam pontos equivalentes na estrutura.
Obedecendo às condições e combinando os 7 sistemas cristalinos, 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, em homenagem a Auguste Bravais que em 1848, a partir dos estudos publicados em 1842 por Moritz Ludwig Frankenheim, demonstrou geometricamente que num espaço tridimensional só poderiam existir 14 configurações básicas.
Figura 2
· 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 designados 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 hexagonal, tendo, para além dos pontos que determinam os vértices, pontos duplamente centrados no corpo.
Sólidos Cristalinos e Amorfos
Os sólidos podem ser classificados em Cristalinos e Amorfos, segundo a distribuição espacial dos átomos, moléculas ou íons.
– Cristalinos: compostos por átomos, moléculas ou íons arranjados de uma forma periódica em três dimensões. As posições ocupadas seguem uma ordenação que se repete para grandes distâncias atômicas, conhecida como ordenação de longo alcance. O retículo espacial, repete-se indefinidamente nas três direções do espaço até alcançar as suas bordas exteriores. Dessa forma, ao fraturar-se um sólido de cristalização perfeita, deve reproduzir em cada um dos seus fragmentos a geometria do corpo no mesmo sistema cristalino
– Amorfos: A ausência de um padrão de cristalização caracteriza os chamados amorfos. A propriedade mais destacada dos sólidos amorfos é a falta de um ponto fixo de fusão, de modo que sua passagem para o estado líquido se verifica ao longo de um intervalo de temperaturas durante o qual adotam o chamado estado plástico. 
Compostos por átomos, moléculas ou íons que podem apresentar ordenação de curto alcance. 
Figura 3 
Monocristais e Policristais
Monocristais: um único grão com orientação bem definida. Permite o estudo de propriedades físicas anisotrópicas. Monocristais tende a “crescer” ao longo de uma direção cristalográfica preferencial. Assim, a forma do cristal pode dar indícios da estrutura cristalina.
 Policristais: vários grãos com orientação bem definida, mas aleatoriamente orientados entre si. Medidas refletem reposta média de todas as orientações.
A estrutura policristalina pode ser formada durante o resfriamento de uma liga metálica, quando pequenos grãos se formam aleatoriamente em uma região bifásica (líquido-sólido), ganham volume e se agregam na fase sólida. Os grãos são separados uns dos outros pelos contornos de grão. 
Figura 4 
Propriedades Mecânicas 
	
	As estruturas cristalinas têm como características:
Piezoeletricidade: é a capacidade de gerar uma corrente elétrica se houver um tipo de pressão mecânica;
Ferroeletricidade: embora não conduza corrente elétrica, de acordo com a sua temperatura desenvolve a polarização espontânea, que pode ser invertida possibilitando a utilização de um campo elétrico externo;
 Efeito Piroelétrico: em que o aumento de temperatura causará a polarização espontânea, em que se poderá utilizar o campo elétrico gerado na superfície do material e são semicondutores;
Em função destas propriedades, os materiais com estruturas cristalinas são amplamente usados pela indústria na confecção de termômetros, transistores, máquinas fotográficas, relógios e balanças.
Figura 5 Figura 6
Conclusão 
	Finalizado o trabalho, conclui-se que a partir da ordenação dos átomos, íons ou moléculas origina-se uma estrutura cristalina.A menor porção é a chamada de célula unitária. Existem 14 formas geométricas de ordenação, conhecidas como rede de Bravais.
	Os sólidos são caracterizados em 2 tipos, como visto acima. E os Monocristais e Policristais se diferenciam por um padrão de organização dos grãos.
	
	
Referências 
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/169458/mod_resource/content/1/aula%203%20Estrutura%20cristalina.pdf
https://www.infoescola.com/quimica/estrutura-cristalina/
https://pt.wikipedia.org/wiki/Rede_de_Bravais
file:///C:/Users/crist/Downloads/capitulo3(2).p 
http://www.explicatorium.com/cfq-9/estrutura-dos-solidos.html 
file:///C:/Users/crist/Downloads/F149_Aula-4-1sem2017.pdf 
file:///C:/Users/crist/Downloads/Aula02_2005%201p.pdf 
Legenda e Referências das Imagens 
	Figura 1: Célula unitária de um cristal de sal (NaCl).
Disponível em https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:NaCl-Ionengitter.svg 
	Figura 2: 14 redes de Bravais .
Disponível em file:///C:/Users/crist/Downloads/capitulo3(3).pdf 
	Figura 3: Representação de sólidos cristalinos e amorfos.
Disponível em file:///C:/Users/crist/Downloads/Aula02_2005%201p.pdf 
	Figura 4: Representação Monocristais e Policristais.
Disponível: https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fdocplayer.com.br%2F5188283-Propriedades-termicas-da-materia.html&psig=AOvVaw0fGdQYbUigNQx10IxoaIgL&ust=1587311456454000&source=images&cd=vfe&ved=0CAIQjRxqFwoTCLCMjpeq8ugCFQAAAAAdAAAAABAD 
	Figura 5: Imagem representativa de uma estrutura cúbica, para exemplificar o ouro.
Disponível: https://www.google.com/url?sa=i&url=http%3A%2F%2Fftp.demec.ufpr.br%2Fdisciplinas%2FEME774%2FAula%252002_Scheid.pdf&psig=AOvVaw3XH_2LeuynCodMAJmkrrGs&ust=1587311716056000&source=images&cd=vfe&ved=0CAIQjRxqFwoTCPjbuZar8ugCFQAAAAAdAAAAABAL 
	Figura 6: Imagem ilustrativa de um relógio de ouro. 
Disponível: https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fwww.dalirelogios.com.br%2Freserve&psig=AOvVaw3kDL_5uZ_s4j1V1d2BfiP8&ust=1587311792619000&source=images&cd=vfe&ved=0CAIQjRxqFwoTCOD1wbur8ugCFQAAAAAdAAAAABAF