Estrutura_cristalina_-_Introduo_ERE

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Estruturas cristalinas - Introdução
CIÊNCIA DOS MATERIAIS - ERE
Esta apresentação faz parte do conteúdo da disciplina de Ciência dos Materiais ministrada 
pela Profª Júnia Nunes de Paula no contexto da ERE – 2021
O conteúdo não pode ser reproduzido integralmente, ou em parte, e destina-se exclusivamente 
como apoio didático para estudantes que se comprometem a respeitar essa condição para sua 
utilização.
As imagens utilizadas são retiradas de sites da internet (devidamente indicados na própria 
figura) ou da seguinte referência bibliográfica: 
Ciência e Engenharia dos Materiais, Uma Introdução.
Callister &Rethwish : Ciência e Engenharia dos Materiais, Uma Introdução
ISBN: 978-85-216-2124-9
Ed. LTC
Profª Júnia Nunes de Paula
Departamento de Engenharia Civil - DEC
juniapaula@cefetmg.br
POR QUE ESTUDAR A 
ESTRUTURA DOS 
SÓLIDOS 
CRISTALINOS?
• As propriedades de alguns materiais estão diretamente 
relacionadas à sua estrutura cristalina materiais 
frágeis ou dúcteis.
• Diferenças significativas entre materiais cristalinos e não 
cristalinos de uma mesma composição.
• O processamento / estrutura / propriedades / desempenho 
Importante nos processos industriais.
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Introdução
❑ Além da composição química e das ligações, a forma como os átomos se
organizam no espaço para compor cristais sólidos também apresenta
influência decisiva nas propriedades observadas nos materiais.
❑ Materiais sólidos podem se apresentar na forma cristalina e não-cristalina
❑ um material cristalino apresenta átomos que se arranjam segundo uma
estrutura regular que se repete formando sólidos 3D. Ou seja, existe um
padrão repetitivo ao longo de todo o sólido
❑ quando não há padrão de arranjo de átomos/íons, o sólido é uma
material não-cristalino, ou amorfo
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❑ NaCl: uma cerâmica com estrutura organizada
cristal de NaCl em uma argila caolinítica
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❑ Todos os metais e quase todas as cerâmicas formam estruturas
cristalinas em condições normais (naturais) de solidificação
Cristais de quartzo (SiO2)
Cristais gigante de Naica (México)
Gesso (CaO.SO3.2H2O)
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SiO2 amorfaSiO2 cristalina
❑ Difração de raios X: um dos métodos para estudo da estrutura
cristalina dos materiais. Picos bem definidos refletem direções de
planos cristalinos. Veja a comparação entre duas fontes de sílica (SiO2),
uma cristalina (quartzo) outra amorfa.
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Por que os átomos se arranjam nestas configurações regulares?
Idealmente, o arranjo mais estável de átomos/íons em um cristal é aquele
que minimiza a energia interna (energia de um sistema que pode ser
transformada em trabalho) por unidade de volume.
Em outras palavras, a estrutura cristalina organizada
❑ preserva neutralidade elétrica do conjunto
❑ satisfaz caráter direcional das ligações covalentes
❑ minimiza a repulsão entre íons nas ligações iônicas
❑ agrupa átomos o mais compactamente possível
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A organização cristalina e a densidade dos sólidos
❑ Grande parte dos materiais de engenharia se apresentam na forma
cristalina.
❑ A densidade dos materiais (relação massa/volume) reflete a massa e o
diâmetro de átomos/íons que os compõem, bem como a forma como estes se
agrupam para preencher o espaço.
❑ metais são geralmente densos porque 
os átomos são pesados e o agrupamento 
é compacto (ligação não direcional)
❑ polímeros são muito menos densos 
porque os átomos (C, H e O) são leves, a 
estrutura é geralmente amorfa e pouco 
compacta (ligações covalentes, 
direcionais)
❑ nas cerâmicas, mesmo quando se tem 
um agrupamento compacto (cerâmicas 
iônicas, ligação não direcional), muitos 
dos elementos constituintes são leves (O, 
N, C). Nas cerâmicas covalentes, a 
direcionalidade da ligação impede um 
agrupamento compacto
r
, 
(k
g
/m
3
)
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❑ Ao descrever a estrutura cristalina de um sólido, é conveniente subdividi-la
em pequenas entidades que se repetem, chamadas células unitárias –
unidade estrutural básica do sólido cristalino
❑ Geralmente, as células unitárias nas estruturas cristalinas compõem-se de
paralelepípedos, prismas com três conjuntos de faces paralelas
❑ A célula unitária representa a simetria da estrutura cristalina, onde todas as
posições dos átomos no cristal podem de determinadas mediante translações
proporcionais às distâncias inteiras da célula ao longo de cada uma de suas
arestas
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❑ A estrutura cristalina (arranjo 3D repetitivo) é representada em termos do
modelo de esferas rígidas atômicas, onde átomos/íons são considerados
como esferas sólidas de raios pré-definidos
❑ Segundo este modelo, nos átomos vizinhos de um arranjo cristalino as
esferas se tocam
❑ Outra representação é feita na forma de retículos, que são matrizes
tridimensionais de pontos que coincidem com as posições dos átomos (centro
das esferas)
Difração de raio X
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Raios X 
Absorção: um fóton de energia é
absorvido transmitindo elétrons à níveis
superiores ou fora do átomo.
Difração: se produz quando a direção de
propagação de um fóton é difratado em um
ângulo determinado.
https://absorcaoderaiosx.weebly.com/
https://sites.ifi.unicamp.br/lfmoderna/files/2014/09/xrd.png
https://absorcaoderaiosx.weebly.com/
https://sites.ifi.unicamp.br/lfmoderna/files/2014/09/xrd.png
Difração de raios X
Fenômeno de espalhamento da 
radiação eletromagnética 
provocada pela interação entre 
o feixe de raios X incidente
e os elétrons dos átomos 
correspondentes de um 
material.
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https://betaeq.com.br/index.php/2018/10/15/difracao-de-raios-x/
https://betaeq.com.br/index.php/2018/10/15/difracao-de-raios-x/
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https://www.youtube.com/watch?v=QHMzFUo0NL8
https://www.youtube.com/watch?v=sj6v4Cc1C7Q
https://www.youtube.com/watch?v=QHMzFUo0NL8
https://www.youtube.com/watch?v=sj6v4Cc1C7Q