1749574_Trabalho Prático Estrutura Cristalina

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Instituto Politécnico/IPUC 
Disciplina Ciência dos Materiais 
 Professor Rômulo Albertini Rigueira
1º Trabalho Prático
Aluno(A): _________________________________________________ Data: AGOSTO/2020
1. Defina sólido cristalino.
Se dá quando existe um arranjo em que os átomos seguem uma mesma orientação e se organizam de forma geométrica.
2. Defina estrutura cristalina. Dê exemplos de materiais com estrutura cristalina.
E a maneira pela qual os átomos de um material ocupam um espaço, dando origem a estruturas geométricas planas alguns materiais como Aços, pedras preciosas e sais possuem estruturas cristalinas.
3. Defina rede espacial.
É um arranjo infinito e tridimensional de pontos onde cada ponto (nó) tem vizinhanças idênticas, cada rede espacial pode, por conseguinte, ser descrita especificando as posições atômicas numa célula unitária que se repete.
4. Defina célula unitária de uma rede espacial. Quais os parâmetros de rede que definem uma célula unitária?
Uma célula unitária é uma estrutura utilizada para representar a simetria de uma estrutura cristalina é uma pequena fração da estrutura que contem o padrão que se repetirá ao longo dela ela define a estrutura cristalina com base em sua geometria e no arranjo dos átomos em seu interior. Os parâmetros são definidos por três arestas A, B e C e os Ângulos entre elas α, β e γ.
5. O que são e quais são as 14 células unitárias de Bravais? 
São formados pelas 7 estruturas cristalinas triclínico, cúbico, monoclínico, ortorrômbico, tetragonal, trigonal e hexagonal as redes descritas por estes sistemas podem ser primitivas (apenas um átomo por célula unitária) ou não primitiva (mais de um átomo por célula unitária) o que resulta em 14 tipos de redes cristalinas, designadas redes de Bravais
6. Quais são as três estruturas cristalinas mais comuns nos metais? Indique cinco metais que tenham cada uma dessas estruturas cristalinas? 
Cúbica de faces centradas, cúbica de corpo centrado e hexagonal compacta
Cobre CFC, Ferro CCC, Cádmio HC, Cobalto HC e Alumínio CFC.
7. Na estrutura cristalina CCC, quantos átomos existem por célula unitária? 
2 átomos por célula unitária.
8. Qual é o número de coordenação dos átomos na estrutura cristalina CCC? 
Número de coordenação 8.
9. Qual é a relação entre o comprimento da aresta a da célula unitária CCC e o raio dos átomos?
a = 4R/Raiz3 .
10. A 20ºC, o potássio é CCC e o seu raio atômico 0,238 nm. Calcule o valor do parâmetro de rede a, em nanômetros. Resposta: 0,550 nm
11. A 20ºC, o tungstênio é CCC e o seu raio atômico 0,141 nm. Calcule o valor do parâmetro de rede a, em nanômetros. Resposta: 0,326 nm
12. A 20ºC, o tântalo é CCC e o parâmetro de rede 0,33026 nm. Calcule o valor do raio de um átomo de tântalo, em nanômetros. Resposta:0,143 nm
13. A 20ºC, o bário é CCC e o parâmetro de rede 0,5019 nm. Calcule o valor do raio de um átomo de bário, em nanômetro. Resposta: 0,217 nm
14. Na estrutura cristalina CFC, quantos átomos existem por célula unitária? 
4 átomos por célula.
15. Qual é o número de coordenação dos átomos na estrutura cristalina CFC? 
12.
16. O cobre é CFC e o parâmetro de rede 0,3615 nm. Calcule o valor do raio de um átomo de cobre, em nanômetros. Resposta: 0,128 nm
17. O cálcio é CFC e o parâmetro de rede 0,5582 nm. Calcule o valor do raio de um átomo de cálcio, em nanômetros. Resposta: 0,197 nm
18. O irídio é CFC e o raio atômico 0,135 nm. Calcule o valor do parâmetro de rede a, do irídio, em nanômetros. Resposta: 0,382 nm
19. O alumínio é CFC e o raio atômico 0,143 nm. Calcule o valor do parâmetro de rede a do alumínio, em nanômetros. Resposta: 0,404 nm 
20. Calcule o fator de compacidade atômica da estrutura CFC. 
21. Na estrutura cristalina HC, quantos átomos existem por célula unitária? 
6 átomos.
22. Qual é o número de coordenação dos átomos na estrutura cristalina HC? 
12.
23. Nos metais HC, qual o valor da razão c/a ideal?
No caso ideal, a relação c/a é de 1,633.
24. Dos seguintes metais HC, quais os que têm valores de razão c/a superiores ou inferiores ao ideal: Zr, Ti, Zn, Mg, Co, Cd, e Be?
O cádmio e o zinco têm valores de c/a superiores ao ideal, o que significa que, nestas estruturas, os átomos se encontram ligeiramente alongados segundo o eixo c da célula unitária HC.
Os metais magnésio, cobalto, zircônio, titânio e berílio têm valores de c/a inferiores ao ideal. Por conseguinte, nestes metais, os átomos estão ligeiramente comprimidos na direção do eixo c.
25. Calcule, em nanômetros cúbicos, o volume da célula unitária da estrutura cristalina do berílio. A 20ºC, o berílio é HC com a=0,22856 nm e c=0,35832 nm. Resposta: 0,0486 nm3
26. A 20ºC, o magnésio é HC. A altura c da célula unitária é 0,52105 nm e a razão c/a é 1,623. Calcule o valor do parâmetro de rede a do magnésio, em nanômetros. . Resposta: 0,3210 nm
27. A 20ºC, o cádmio é HC. Tomando o valor 0,148 nm para raio atômico do cádmio, calcule o volume da célula unitária. Considere um factor de compacidade de 0,74. 
 Resposta: 0,110 nm3
28. A prata é CFC e seu raio atômico vale 0,1444nm. Qual a dimensão da aresta de sua célula? Resposta: 0,4073 nm
29. O níquel é CFC com uma densidade de 8,9 Mg/m3 (=8,9 g/cm3). 
a) Qual é o volume por célula unitária baseado no valor da densidade? Resposta: 4,3816 x 10-23 cm3
b) Calcule o raio do átomo de níquel a partir de sua resposta na parte (a).
 Compare com o raio tabelado. Resposta: R = 1,2464 x 10-8 cm
 = 1,25 Å = 0,125 nm
RNi = 0,125 nm 
30. O titânio é CCC em altas temperaturas e seu raio atômico vale 0,145 nm.
a) Qual o valor da aresta de sua célula unitária? Resposta: 0,3349 nm
b) Calcule sua densidade. Resposta: 4,235 g/cm3
31. O chumbo é CFC e seu raio atômico vale 1,750 X 10-10m. Qual o volume de sua célula unitária? Resposta: 1,2127 x 10-28 m3
32. A célula unitária de alumínio é cúbica com a = 0,4049 nm. Calcule, a partir de sua densidade, quantos átomos há por célula unitária?
 =2,70g/cm3 Resposta: n=4
33. A densidade do tório, o qual tem uma estrutura CFC, é 11, 72 g/cm3. A massa atômica do Th é 232, 04 g/mol. Calcule: 
a) o parâmetro celular; Resposta: 5,086 x 10-8 cm
b) o raio atômico do Th. Resposta: 1,7981 x 10-8 cm = 1,7981Å
34. Um metal de estrutura cúbica tem a densidade de 2,6 g/cm3, uma massa atômica de 87,62 g/mol e um parâmetro celular de 6,0849 Å. Determine a estrutura cristalina do metal. Resposta: n = 4
35. Um metal de estrutura cúbica tem a densidade de 1,892 g/cm3, uma massa atômica de 132,91 g/mol e um parâmetro celular de 6.13 Å. Determine a estrutura cristalina do metal. Resposta: n = 2
36. No zinco há dois átomos por célula unitária. Qual o volume da célula unitária? 
 m=65,37g/mol Zn = 7,13 g/cm3
Resposta: 3,0459 x 10-23 cm3
37. O estanho é tetragonal com c/a = 0,546. Há 4 átomos/célula unitária. 
m=118,69g/mol
a) Qual o volume da célula unitária? Resposta: V = 1,08 x 10-22 cm3
b) Quais são as dimensões da célula? Resposta: a = 5,8271Å c = 3,1816 Å
38. Certa folha de ouro tem uma espessura de 0,08 mm e 670mm2 de área. 
m=197,0g/mol
a) Quantas células unitárias há na folha, sabendo-se que o ouro é cúbico com a = 0,4076 nm. Resposta: n = 7,9152 x 1020 células
b) Qual a massa de cada célula unitária, sabendo-se que a densidade do ouro vale 19,32 Mg/m3 (=19,32 g/cm3)?
Resposta: m = 1,3083 x 10-21 g
39. O Titânio é CCC em altas temperaturas. Seu raio atômico cresce 2% quando de sua transformação de CCC para HC durante resfriamento.Qual a variação percentual de volume que ocorre na transformação? (Lembre que há uma alteração no fator de empacotamento atômico). Raio do titânio HC = 0,146 nm, massa do titânio 47,90 g/mol. 
Resposta: -2,4%
 -0,8%
40. A densidade do potássio, o qual tem uma estrutura CCC, é 0,855 g/cm3. A massa atômica do K é 39,09 g/mol. Calcule: 
a) o parâmetro celular; Resposta: 5,336Å
 b) o raio atômico do K. Resposta: 2,31Å
41. Índio tem uma estruturatetragonal, com a = 0,32517 nm e c = 0,49459 nm. A densidade é 7,286 g/cm3 e a massa atômica 114, 82 g/mol. O índio tem uma estrutura tetragonal simples ou tetragonal de corpo centrado? Resposta: n = 2 átomos TCC
42. O bismuto tem uma estrutura hexagonal, com a = 0,4546 nm e c = 1,186 nm. A densidade é 9,808 g/cm3 e a massa atômica é 208,98 g/mol. Determine: 
a) o volume da célula unitária; Resposta: V = 6,368 x 10-22 cm3
b) quantos átomos existem por célula unitária? Resposta: N = 18 átomos
43. O gálio tem uma estrutura ortorrômbica, com a = 0,45258 nm. b = 0,45186 nm e c= 0,76570 nm. O raio atômico é 0,1218 nm. A densidade é 5,904 g/cm3 e a massa atômica é 69,72 g/mol. Determine: 
a) O número de átomos em cada célula unitária Resposta: n = 8 átomos
b) o fator de empacotamento atômico. Resposta: 0,387
44. O berílio tem uma estrutura hexagonal, com a = 0,22858 nm e c = 0,35842 nm. O raio atômico é 0,1143 nm, a densidade é 1,848 g/cm3, e a massa atômica é 9,01 g/mol. Determine: 
a) o número de átomos em cada célula unitária Resposta: n = 6
b) o fator de empacotamento atômico. Resposta: 0,77
45. Acima de 882ºC, o titânio tem uma estrutura cristalina CCC, com a = 0,332 nm. Abaixo desta temperatura, o titânio é HC, com a = 0,2978 nm e c = 0,4735 nm. Determine a variação percentual de volume quando o titânio passa de CCC para HC. Existe uma contração ou expansão? 
 Resposta: ΔV x 100 = -0,64 %
 V0
46. O Mn alfa tem uma estrutura cúbica, com a = 0,8931 nm e densidade de 7,47 g/cm3. O Mn beta tem uma estrutura cúbica diferente, com a = 0,6326 nm e densidade de 7,26 g/cm3. A massa atômica do Mn é 54,938 g/mol e o raio atômico é 0,112 nm. Determine a variação percentual de volume quando ocorre a mudança de Mn alfa para Mn beta.
Resposta: 3,0 %