aula 4 2020_1

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AULA 4
✓ Sólidos cristalinos
✓ Estrutura cristalina
✓ Célula unitária
✓ Estrutura cristalina dos metais
✓ Empacotamento atômico
CONTEÚDO AULA 4
✓ Sólidos cristalinos
✓ Estrutura cristalina
✓ Célula unitária
✓ Estrutura cristalina dos metais
✓ Empacotamento atômico
CONTEÚDO AULA 4
pablo
Realce
ESTRUTURA DOS SÓLIDOS CRISTALINOS
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)
Ordem de curto alcance versus ordem de longo alcance
Nos diferentes estados da matéria, alguns tipos de arranjos
atômicos ou iônicos.
Sem ordem - Nos gases monoatômicos, como o argônio (Ar) ou 
o plasma criado no interior de lâmpadas fluorescentes, os 
átomos ou íons não possuem arranjo ordenado.
Ordem de curto alcance versus ordem de longo alcance
Ordem de curto alcance Um material terá ordem de curto
alcance (SRO, short-range order) se o arranjo espacial dos
átomos se estender apenas aos vizinhos mais próximos de cada
átomo.
Vários polímeros também têm arranjos atômicos de curto
alcance.
Ordem de curto alcance versus ordem de longo alcance
Ordem de longo alcance - A maioria dos metais e ligas,
assim como semicondutores, cerâmicas e alguns polímeros,
possui estrutura cristalina na qual os átomos ou íons
apresentam ordem de longo alcance (LRO, long-range order).
O arranjo atômico espacial estende-se a distâncias bem
maiores (acima de 100 nm). Os átomos ou íons desses
materiais formam uma grade regular, repetitiva e tridimensional.
Tais materiais são denominados materiais cristalinos.
Os materiais cristalinos que são compostos por um único
cristal, o material cristalino recebe o nome de material
monocristalino (ou monocristal).
Os materiais monocristalinos são úteis em várias aplicações
eletrônicas e ópticas. Os chips de computador, por exemplo,
são feitos de silício sob a forma de grandes cristais individuais
(de até 300 mm de diâmetro).
Material monocristalino (ou monocristal)
Material policristalino
Um material policristalino, por sua vez, é composto de várias
pequenas regiões com diferentes orientações espaciais.
Esses cristais menores são conhecidos como grãos. As
fronteiras entre essas regiões em que há desalinhamento entre
os cristais recebem o nome de contornos de grão.
Micrografia de um aço inoxidável policristalino
mostrando grãos e contornos de grão.
Cristais líquidos
Os cristais líquidos (LCs, liquid crystals) são materiais
poliméricos com um tipo especial de ordem. De fato, os
polímeros de cristal líquido comportam-se como materiais
amorfos (ou seja, semelhantes a líquidos), estando, porém, no
estado sólido.
Esses materiais têm muitas aplicações comerciais na
tecnologia de monitores de cristal líquido (LCD, liquid crystal
display).
Sólidos cristalinos e amorfos
pablo
Realce
pablo
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Sólidos cristalinos e amorfos
Reticulado cristalino
Reticulado cristalino
✓ Sólidos cristalinos
✓ Estrutura cristalina
✓ Célula unitária
✓ Estrutura cristalina dos metais
✓ Empacotamento atômico
CONTEÚDO AULA 4
Estrutura cristalina
➢ As propriedades dos materiais sólidos cristalinos depende da
estrutura cristalina, ou seja, da maneira na qual os átomos,
moléculas ou íons estão espacialmente dispostos.
➢ Há um número grande de diferentes estruturas cristalinas,
desde estruturas simples exibidas pelos metais até estruturas
mais complexas exibidas pelas cerâmicas e polímeros
pablo
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Estrutura dos sólidos cristalinos
pablo
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✓ Estrutura cristalina
✓ Célula unitária
✓ Empacotamento atômico
CONTEÚDO AULA 4
CÉLULA UNITÁRIA
Para sólidos cristalinos a noção de estrutura cristalina é 
apresentada, especificamente em termos de uma célula 
unitária.
Consiste num pequeno grupos de átomos que
formam um modelo repetitivo ao longo da estrutura
tridimensional (analogia com elos da corrente).
A célula unitária é escolhida para representar a simetria
da estrutura cristalina
pablo
Realce
pablo
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pablo
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CÉLULA UNITÁRIA
pablo
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pablo
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pablo
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CÉLULA UNITÁRIA – parâmetro de rede
CÉLULA UNITÁRIA – sistemas cristalinos
pablo
Realce
CÉLULA UNITÁRIA – Reticulados de Bravais
Qualquer reticulado cristalino pode ser descrito por um dos 14
reticulados de Bravais.
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CONTEÚDO AULA 4
Estrutura cristalina dos metais
Os metais tendem a ser densos devido a:
• Normalmente, há somente um único tipo de átomo presente, o
que implica num mesmo tamanho de raio atômico;
• Ligação metálica é não direcional, não havendo restrições
quanto ao número e posições dos vizinhos mais próximos.
• A distância entre átomos vizinhos tende a ser pequena para que
se tenha maior estabilidade.
• Três são as estruturas cristalinas mais comuns em metais:
cúbica de corpo centrado (CCC), cúbica de face
centrada(CFC) e hexagonal compacta (HC).
Estrutura cristalina dos metais
pablo
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pablo
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Sistema cúbico simples
Sistema cúbico simples
Sistema cúbico simples
Sistema cúbico simples
Sistema cúbico simples
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Sistema cúbico de corpo centrado
Cúbica de Corpo Centrado (CCC)
Sistema cúbico de corpo centrado
Sistema cúbico de corpo centrado
RELAÇÃO ENTRE O RAIO ATÔMICO (R) E O PARÂMETRO 
DE REDE (a) PARA O SITEMA CCC 
Sistema cúbico de corpo centrado
Sistema cúbico de corpo centrado
Sistema cúbico de corpo centrado
Sistema cúbico de face centrada
Cúbica de Face Centrada (CFC)
Sistema cúbico de face centrada
Nesta célula unitária, existe um nó da rede em cada vértice do
cubo e um nó no centro de cada uma das faces. O modelo de
esferas rígidas da Figura 3.6b indica que, na estrutura cristalina
CFC, os átomos estão organizados da maneira mais compacta
possível.
Sistema cúbico de face centrada
RAIOS ATÔMICOS DE ALGUMS MATERIAIS
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✓ Empacotamento atômico
CONTEÚDO AULA 4
FATOR DE EMPACOTAMENTO ATÔMICO
pablo
Realce
FATOR DE EMPACOTAMENTO ATÔMICO
FATOR DE EMPACOTAMENTO ATÔMICO
Os metais não se cristalizam em estrutura com FEA baixo, pois os átomos podem
conseguir uma energia mais baixa e um estado mais estável formando outras
estruturas, como HC, CCC e CFC.
FATOR DE EMPACOTAMENTO ATÔMICO
Demonstre que o FEA para a estrutura
Cúbica de Face Centrada é 0,74 
FATOR DE EMPACOTAMENTO ATÔMICO
Exercícios
Exercícios 
1. Qual é o Fator de Empacotamento atômico para a estrutura CFC?
2. Qual é o Fator de Empacotamento atômico para a estrutura CCC?
•3. Calcule o volume de uma célula unitária CFC em termos do raio atômico.
Nomes: _____________________________________________ Data:_______________
Exercícios - RESPOSTAS 
1. Qual é o Fator de Empacotamento atômico para a estrutura CFC?
2. Qual é o Fator de Empacotamento atômico para a estrutura
CCC?