Resumo Estruturas dos solidos cristalinos

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Para início do estudo sobre a estrutura dos sólidos cristalinos é necessário ter 
os seguintes conceitos e ideias vem mente: 
 Material cristalino: material em que os átomos estão posicionados em um 
arranjo repetitivo ou periódico ao longo de grandes distancias atômicas; 
 Estrutura cristalina: forma na qual os átomos, íons ou moléculas do 
material estão espacialmente arranjados; 
 Rede cristalina: um arranjo 3D com pontos que coincidem com as 
posições dos átomos, íons ou moléculas centrais dos materiais; 
 Células unitárias: é a menor estrutura repetitiva (da rede/ estrutura 
cristalina) e define a estrutura geometricamente; 
 Reticulo cristalino: matriz 3D de pontos que coincidem com as posições 
dos átomos (ou centro das esferas); 
 
Os pontos (lilás/rosa) correspondem aos pontos do reticulo 
 
 
De acordo com a distribuição dos átomos, íons ou moléculas, os sólidos podem 
ser classificados em dois tipos: 
 Cristalino: compostos por átomos, íons ou moléculas arranjadas de uma 
forma periódica em 3D. As posições ocupadas seguem uma ordem que 
se repete para grandes distâncias atômicas; 
 Amorfo: compostos por átomos, íons ou moléculas que NÃO apresentam 
uma ordem de longo alcance. 
 
 
Dentro de cada rede cristalina há características que são principais e que a 
define, como a geometria da rede, o número de átomos na célula, a relação entre 
o parâmetro de rede e o raio atômico, o número de coordenação atômico, o fator 
de empacotamento atômico (FEA), e a densidade teórica. 
Para a compreensão precisamos voltar aos conceitos iniciais para assim ir 
evoluindo e se aprofundando na rede cristalina. 
 Reticulo cristalino: 
 
 Célula unitária: 
 
 
 
 A representação da simetria de uma determinada estrutura cristalina; 
 Qualquer ponto da célula unitária que for transladado de um múltiplo 
inteiro de parâmetros de rede, ocupara uma posição equivalente em outra 
célula unitária. 
 
 Parâmetros de rede: 
Geometricamente a célula unitária é representada por um paralelogramo, 
contendo seis parâmetros: o comprimentos de 3 arestas (a,b,c) e os 3 
ângulos entre as arestas (α,β,γ). E justamente esses parâmetros são 
chamados de parâmetros de rede. 
 
 
 
É de conhecimento que os átomos fazem arranjos em um espaço 3D, porém 
agora iremos aprender “como” através das principais estruturas cristalinas 
(cubica simples, cubica de face centrada, cubica de corpo centrado, hexagonal 
compacta). 
 Estrutura cristalina cubica simples: 
-Não permite alto grau de empacotamento; 
-Existe apenas um átomo em cada vértice do cubo; 
-O parâmetro de rede corresponde ao tamanho da aresta do cubo: a=2R 
 
 Estrutura cristalina cubica de face centrada (CFC): 
-Os átomos estão localizados em cada um dos vértices e nos centros das 
faces do cubo 
 -N° de coordenação (n° de átomos vizinhos) é 12 
-N° de átomos por célula unitária é 4 
-FEA= 0,74 
-a=2√2𝑅 
-Ex.: Al, Cu, Pb, Ni, Pt, Ag 
 
 
 
 Estrutura cristalina cubica de corpo centrado (CCC): 
-Cubo unitário com atamos em seus vértices e um átomo no centro 
-Alguns metais mudam de estrutura cristalina com o aumento da 
temperatura, como o Ferro que é CCC até 910°C, quando passa disso é 
CFC 
-N° de átomos por célula unitária é 2 
-N° de coordenação é 8 
-FEA= 0,68 
-a=(4√3R)/ 3 
-Ex.: Cr, Fe, W 
 
 
 
 Estrutura hexagonal compacta (HC): 
-Tem um átomo em cada vértice do hexágono nas bases superior e 
inferior e 3 átomos no centro 
-N° de átomo por célula unitária é 6 
-N° de coordenação é 12 
-FEA= 0,74 
-c/a= 1,6333 (ideal) 
-a=2R 
-Ex.: Mg, Ti, Zn, Cd 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Estrutura cristalinas de alguns metais 
 
 
 Sete sistemas cristalinos: 
 
 
 N° de coordenação: número de átomos que tocam um átomo em 
particular, indica quão próximos os átomos estão dentro da célula unitária 
 
 Fator de empacotamento atômico: Fração de espaço da célula unitária 
ocupada por átomos 
 
 
 
 Calculo da densidade teórica de um solido: 
 
 
Alguns metais e não-metais podem ter mais de uma estrutura cristalina 
em função das condições de temperatura e pressão, fenômeno conhecido 
como polimorfismo, e geralmente são acompanhadas de mudança de 
densidade e outras propriedades físicas. 
Ex.: Ferro, Titânio, Carbono (grafite e diamante) 
 
Vale complementar que a polimorfismo em elementos puros, denomina-
se alotropia 
 
Alotropia do ferro 
 
 
 
 
De acordo com a disposição do arranjo temos divisões nos matérias entre 
monocristais, policristais, amorfo. 
 
 Monocristais: O arranjo se estende por toda a amostra, sem interrupções; 
todas as células unitárias ligam-se da mesma maneira e possuem a 
mesma orientação 
 Policristais: compostos pelo conjunto de muitos cristais pequenos, os 
contornos são regiões separando cristais de diferentes orientações em 
um material polimérico 
 Amorfo/ não cristalino: não possui arranjo ordenado ao longo de grandes 
distancias interatomicas