Materiais Cerâmicos a Base de Cilicatos

Universidade Federal do Maranhão - UFMA

Bacharelado Interdisciplinar em Ciências e Tecnologia - BICT

Ciências e Tecnologia dos Materiais - CTM

Prof. Dr. Dalmo Costa

Relatório - Materiais Cerâmicos a Base de Silicatos

                                      Mateus Vítor Duarte Sousa

São Luís - MA

Abril de 2015

Introdução

Os materiais cerâmicos são compostos formados entre metais e ametais, geralmente representados por óxidos, carbetos e nitretos. Alguns representantes deste grupo são o óxido de alumínio (a alumina Al2O3) o dióxido de silício (SiO2), carbeto de sílicio (SiO), nitreto de silício (SiN4) e alguns que se referem às cerâmicas naturais compostas por materiais argilosos como a porcelana, vidro e o cimento.

Esses materiais tem resistência e rigidez equiparáveis a dos materiais metálicos, porém sua ductilidade e resistência a fratura são baixos, alguns materiais "engenheirados" já oferecem uma ótima resistência a fratura (Gorilla Glass popularizado pela Apple Inc.). Eles são bons isolantes térmicos e elétricos e oferecem uma boa resistência a ambientes severos e altas temperaturas. Eles possuem características ópticas notáveis podendo ser transparente, translúcidos ou opacos, algumas cerâmicas a base de óxido apresentam características magnéticas.

Materiais Cerâmicos a Base de Silicatos

Estes materiais  tem como composição principal silício e oxigênio (os elementos mais abundantes da crosta terrestre), é conveniente analisar a sua estrutura não como célula unitária (cubo ou retângulo) e sim por meio de um arranjo tetraédrico (SIO4)4- :

[pic 1]

Sua carga negativa se dá pelo fato de que o oxigênio precisa de mais um elétron para estabilizar contabilizando 4 elétrons doados do silício o composto assume carga 4-, devido a sua característica covalente os silicatos não são considerados compostos iônicos.

O agrupamento dessas estruturas podem gerar arranjos uni, bi e tri-dimensionais.

Sílica

O silicato mais simples conhecido é o dióxido de silício (SiO2), sua estrutura tridimensional é gerada quando os átomos de oxigênio dos vértices do tetraedro são compartilhados com os tetraedros convizinhos tornando a estrutura eletricamente neutra.

[pic 2]

Razão: 1 átomo de óxigênio X 2 átomos de silício.

Se essas estruturas crescerem de forma regular e ordenada obteremos uma estrutura perfeita, conhecida como cristalina.

Existem 3 principais tipos cristalinos de sílica: o quartzo, a cristobalita e a tridimita. Elas apresentam estruturas complexas e átomos que não estão densamente compactados (como em outras estruturas cristalinas).

Essas sílicas cristalinas apresentam ponto de fusão elevado e densidades relativamente baixas, por exemplo, o quartzo em condições normais de pressão e temperatura tem densidade de 2,65g/cm³.

Silicatos

Os minérios a base de sílica acabam compartilhando alguns, senão, todos os oxigênios do arranjo formando estruturas bastante complexas, alguns cátions Ca2+, Mg2+ e Al3+ tem como finalidade balancear as cargas obtendo neutralidade e ligando ionicamente cada tetraedro.

Silicatos Simples

Dentre esses compostos um dos mais simples é a Fosterita que apresenta tetraedros isolados:

Mg2SIO4     >    (Mg)2+ * 2 = 4+   >   (SIO4)1- * 4 = 4-   >   (-4)+(+4) = 0

Outro exemplo é a arquemita:

Ca2MgSi2O7   >   (Ca) 2+ * 2 = 4+   >   (Mg)2+ = 2+   >   (Si2O7)6- = 6-  >  (-6)+(+6)=0

Silicatos em Camadas

Os silicatos em lâminas (ou em camadas) são um agrupamento de tetraedros com o compartilhamento de três de seus 4 oxigênios, formando uma estrutura bidimensional laminadas onde a unidade que se repete é (Si2O5)2- essa carga negativa corresponde aos dois oxigênios não ligados que estão fora do plano.