AS ESTRUTURAS CRISTALINAS DOS METAIS

Estruturas cristalinas

Materiais sólidos são classificados de  acordo de como seus átomos e ions estão arranjados em relação um ao outro.  Um material cristalino é um material no qual os átomos estão posicionados em um arranjo periódico ou repetitivo ao longo de grandes distancias atômicas. Muitos materiais cerâmicos e certos polímeros formam estruturas cristalinas sob condições normais de solidificação, no entanto, nos materiais que não se cristalizam, essa ordem de longo alcance esta ausente.

Alguns sólidos com suas devidas propriedades dependem da estrutura cristalina, que por conseguinte é a maneira segundo a qual os átomos, ions ou moléculas estão arranjados. Na descrição  das estruturas cristalinas, os são considerados como esferas solidas com seus diamentros bem definidos.  O termo rede cristalina é usado no contexto das estruturas cristalina que significa um arranjo tridimensional de pontos que coincidem com as posições dos átomos.

CÉLULAS UNITÁRIAS

Os atomos nos sólidos cristalinos formam pequenos grupos de átomos que possui um padrão repetitivo. Dessa forma ao descrever as estrutas cristalinas, é conveniente subdividir a estrutura em pequenas unidades que se repetem, chamadas células unitárias. Uma célula unitária é escolhida para representar a simetria da estrutura cristalina, de forma que todas as posições dos átomos no cristal podem ser geradas por translações integrais dos comprimentos de célula unitária ao longe de cada uma das suas arestas.

A célula unitária é a unidade básica da estrutura cristalina por meio da sua geometria e das posições dos átomos em seu interior.

ESTRUTURAS CRISTALINAS DOS METAIS

A ligação atômica nesse grupo de materiais é metálica e sendo de natureza não direcional.

Três estruturas cristalinas relativamente simples são encontradas na maioria dos metais mais comuns: cubica de faces centradas, cubicas de corpo centrado e hexagonal compacta.

• Estrutura cubica de faces centradas

A estruturas cristalina encontrada em muitos metais possui um célula unitária com geometria cubica, na qual os átomos estão localizados em cada um dos vértices e nos centros de todas as faces do cubo.  Essa estrutura é chamada apropriadamente de estrutura cristalina cubica de faces centradas (CFC).

Nas estrutura CFC, cada átomo em um vértice é compartilhado por oito células unitárias, emquanto um átomo localizado no centro de uma face pertence a apenas duas células unitárias.

Duas outras características importantes de uma estrutura cristalina são o numero de coordenação e o fator de empacotamento. Nos metais, todos os átomos possuem o mesmo numero de vizinhos mais próximos ou átomos de contato, o que define numero de coordenação. Para estruturas de faces centradas o numero de corrdemcao é 12. O fator de empacotamento atômico é a soma dos volumes das esferas de todos os átomos no interior de uma célula unitária dividida pelo volume da célula unitária.

• Estrutura cristalina cúbica de corpo centrado

Esta estrutura cristalina comumente encontrada nos metais também possui uma célula unitária cúbica, com átomos localizados em todos os oitos vértices  e um único átomo no centro do cubo. O numero de coordenação para estrutura cristalina CCC é 8. Cada átomo possui os 8 atomos localizados nos vértices com seus vizinhos mais próximos.

• Estrutura cristalina hexagonal compacta

Nem todos os metais possuem células unitárias com simetria cubica. A hexagonal compacta (HC) , possui em suas faces superior e inferior da célula unitária seis átomos, que formam hexágonos regulares e que envolvem um único átomo central.

O numero de coordenação e o fator de empacotamento atômico para estruturas cristalinas HC são os mesmos que para estrutura CFC:12 e 0,74, respectivamente.

CALCULO DA MASSA ESPECÍFICA

A estrutura cristalina de um solido permite o cálculo de sua massa especefica através da relação:

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POLIMORFISMO E ALOTROPIA

Os metais e ametais podem apresentar mais do que uma estrutura cristalina, um fenômeno que é conhecido como polimorfismo. Quando encontrada em sólido elementares, essa condição é frequentemente denominada alotropia.  A estrutura que prevalece depende tanto da temperatura quanto da pressão externa.

SISTEMAS CRISTALINOS

Os sistemas cristalinos se dividem em grupos de acordo com suas configurações das células unitárias ou dos arranjos atômicos.  Um  desses enfoques está baseado na geometria da célula unitária, na forma do paralelepípedo apropriado para representar a célula unitária , independente das posições dos átomos das células.

A geometria da célula unitária é completamente definida em termos de seis parâmetros: os comprimentos das três arestas, a,b e c, e os três ângulos α,β e γ e são algumas vezes denominados parâmetros de redes cristalina de uma estrutura cristalina.

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PONTOS, DIREÇÕES E PLANOS CRISTALOGRÁFICOS

Quando se fala em materiais cristalinos, torna-se necessário especificar um ponto particular no interior de uma célula unitária , uma direção cristalográfica ou algum plano cristalográfico de átomos.

Coordenadas de pontos

A posição de qualquer ponto localizado no interior de uma célula unitária pode ser especificada em termos de suas coordenadas  na forma de múltiplos fracionários dos comprimentos das arestas das células unitárias .

Direção cristalográficas