Estrutura Cristalina - Zinco

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Estrutura dos Materiais - Zinco
Laboratório de Química Aplicada à Engenharia
Profª.: Dayala Regina Teixeira Palitot
Componentes
Caio César Ferreira de Freitas
Israel Jonathan Menezes Praxedes
Lucas Amorim Fernandes Freitas
Manoel Antonio de Souza Neto
Matheus Thomas de Oliveira Brito
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História
O zinco teve origem do nome alemão Zink;
Conhecido na China, 1500 a.C. e pelos Romanos em ligas de cobre-zinco;
Produzido na Índia em 1300 d.C. por causa da redução do minério calamina;
Considerado um novo metal em 1746 pelo químico alemão Andreas Marggraf.
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Características 
O zinco é um metal de cor branco azulado e queima no ar com uma chama de cor verde azulado;
No ar úmido forma uma camada de óxido ou carbonato, isolando o metal e protegendo da corrosão;
Conhecido como um metal de transição, mesmo não sendo, apresentando semelhanças com o magnésio e o berílio;
Principal minério é o blenda de zinco ou sulfeto de zinco ZnS;
O zinco é um metal bastante macio. A sua dureza é de 2,5 na escala de Mohs.
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Aplicações 
O zinco é muito usado para a fabricação de ligas metálicas como o latão e bronze;
Utilizado também como metal de sacrifício para proteger o ferro contra a corrosão em algumas estruturas;
Produção de pilhas secas;
O Óxido de zinco é usado como pigmento em tintas de coloração branca;
Em medicamentos, em cremes e pomadas com ação adstringente.
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Propriedades 
Nome: Zincum. Zinco
Símbolo: Zn
Número atômico: 30
Massa atômica: 65,38
Raio atômico: 135 pm
Densidade = 7,1 g/cm3
PF = 419,57ºC
PE = 907ºC.
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Estrutura cristalina
São sólidos que possuem uma ordem de átomos, arranjados de forma organizada ao longo de uma cadeia atômica organizada de forma repetida.
Os metais, muitos cerâmicos e alguns polímeros possui essa estrutura cristalina.
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Estrutura cristalina
Há sete tipos de sistemas cristalinos que abrangem as substâncias conhecidas pelo homem:
Cúbico: em que todos os ângulos são iguais a 90º
Hexagonal: em que três ângulos são iguais a 90º e um ângulo é igual a 120º
Tetragonal: em que todos os ângulos são iguais a 90º
Romboédrico: em que todos os ângulos são iguais, mas diferentes de 90º.
Ortorrômbico:  em que todos os ângulos são iguais a 90º
Monoclínico: em que há dois ângulos iguais a 90º e dois ângulos diferentes de 90º
Triclínico: em que todos ângulos são diferentes e nenhum é igual a 90º
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Estrutura cristalina
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. Elas são um conjunto de átomos que formam um padrão repetitivo
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Estrutura cristalina
No arranjo CÚBICO DE CORPO CENTRADO (CCC) existe um átomo em cada vértice de um cubo e um outro átomo no centro do mesmo. Esta estrutura pode ser encontrada no cromo, vanádio, zircônio, tungstênio, bário, nióbio, lítio, potássio, etc.
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Estrutura cristalina
O arranjo CÚBICO DE FACE CENTRADA (CFC) caracteriza-se por exibir os mesmos átomos nos vértices, encontrados nos outros dois arranjos cúbicos anteriores, e mais um átomo em cada face do cubo. A estrutura cúbica de face centrada é a estrutura do alumínio, cálcio, chumbo, níquel, cobre, platina, prata, ouro, etc.
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Estrutura cristalina
A estrutura HEXAGONAL COMPACTA (HC) é formada por dois hexágonos sobrepostos e entre eles existe um plano intermediário de três átomos. Nos hexágonos, existem seis átomos nos vértices e um outro no centro.
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A estrutura cristalina do Zinco
Na estrutura cristalina HC, a razão c/a ideal é de 1,633, isso ocorre pois as esferas de átomos estão uniformemente empilhadas da maneira mais compacta possível. 
O zinco tem o c um pouco mais alongado em sua célula unitária, sendo superior ao ideal, com isso, a razão c/a é um pouco maior do que o 1,633 que é o ideal para a estrutura HC. 
A razão c/a do zinco é de 1,856, por essas características o zinco não é totalmente hexagonal compacto.
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A estrutura cristalina do Zinco
c é a altura do prisma, como é diferente dos demais HC, o c do zinco já é informado, pois ele é mais alongado e não pode ser calculado de maneira normal. 
a é a aresta da base.
Se for usado o c da estrutura HC, o cálculo do FEA daria 0,74, porém o fator de empacotamento do zinco é diferente disso, como poderá ser visto mais a frente.
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Estrutura cristalina do zinco em temperatura ambiente (20°C)
O zinco, que possui uma estrutura hexagonal compacta contém as seguintes características:
Parâmetro de rede:
a = 0,2665nm;
c = 0,4947nm;
Raio atômico R: 0,133nm;
Razão c/a: 1,856;
Desvio da idealidade: +13,6%
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Volume da Célula Unitária do Zinco
	Deve-se considerar doze triângulos formando a base do hexágono, como mostrado na figura a seguir. Dessa forma, tem-se que aplicando o teorema de Pitágoras:
2r
r
x
(2r)² = (r)² + (x)²
x² = 4r² – r²
x = √(3r²)
x = r√3
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Volume da Célula Unitária do Zinco
Sabe-se que a área de um triângulo pode ser calculada como:
Atri = (b.h)/2, logo, de acordo com a Figura anterior, tem-se:
 Atri = [(r)(r√3)]/2
 Atri = (r²√3)/2
 Como tem-se 12 triângulos formando a base do hexágono, deduz-se:
 Ahex = 12. (r²√3)/2
 Ahex = 6r²√3, sabendo que r = 133 x10-12 m,
Ahex 1,8383 x10-19 m2
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Volume da Célula Unitária do Zinco
Sabe-se que o volume do hexágono pode ser determinado como:
Vzinco = Ahex . Hzinco, logo:
Vzinco = (1,83 x10-19 m2) . (494,7 x10-12 m)
Vzinco 9,09 x10-29 m3
 
OBS.: A altura da célula unitária do zinco já é determinada, pois foge dos padrões das células unitárias das estruturas hexagonais compactas ideais.
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Volume Ocupado e FEA do zinco
Calcula-se segundo o volume de uma esfera pelo número de átomos:
Va = n(4/3)πr³, como tem seis átomos na estrutura HC:
Va = 6(4/3)πr³ 
Va = 8πr³, sabendo que r = 133 x10-12 m,
Va 5,91 x10-29 m3
O fator de empacotamento atômico é calculado como FEA = Va/ Vzinco
FEAZinco = (5,91 x10-29 m3)/(9,09 x10-29 m3)
FEAZinco 0,65
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Razão dos parâmetros de rede
	O parâmetro “c” diz respeito à altura da estrutura, a do zinco é 494,7 x10-12 m. Já o parâmetro “a” é representado conforme a figura abaixo.
				
a = 2r
Logo, a razão c/a é dada por:
c/a = c/2r
c/a = (494,7 x10-12 m) / 2.(133 x10-12 m)
c/a =(494,7 x10-12 m) / (266 x10-12 m)
c/a 1,856
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Densidade relativa do Zinco
A densidade relativa pode ser calculada na forma:
 7,17 g/cm3
Onde:
 é a densidade relativa (g/cm3)
n é o número de átomos da estrutura (átomos)
A é o peso molecular (g/mol)
V é o volume de célula (cm3)
Na é a constante de Avogadro (átomos/mol)
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Apresentação da Estrutura confeccionada
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