A Ciência dos Materiais

UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS – UFAM

IINSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGICA – ICET

DISCIPLINA: CIENCIA DOS MATERIAIS

TRABALHO 1

ESTRUTURA CRISTALINA

DOCENTE: PROFº. RODRIGO BISCARO NOGUEIRA

DISCENTES: WESLEY ZANY DOS SANTOS

ITACOATIARA-AM

2021

Ciência dos Materiais

Podemos dizer que os materiais classificados como sólidos podem ser cristalinos ou amorfos. A estrutura cristalina está relacionada de forma direta como os átomos que estão organizados geometricamente.

        

Estrutura Cristalina

É a forma de arranjo dos átomos, íons ou moléculas quando se organizam na formação de um material. Quando esses cristais se formam nesse processo, passam a ter variadas formas, desde estruturas simples como os metais, até estruturas complexas, como algumas cerâmicas e polímeros. Sendo assim, material cristalino é aquele no qual os átomos encontram-se ordenados sobre longas distâncias atômicas formando uma estrutura tridimensional chamada rede cristalina

Número de coordenação

Podemos dizer que o número de coordenação é o número de grupos, moléculas, átomos ou íons que cercam um determinado átomo ou íon em um complexo ou cristal. Podemos ver um exemplo em um complexo plano quadrado, o número de coordenação do íon central é 4. Em cristais compactados, o número de coordenação é doze. O número de coordenação de metais de transição é principalmente 6, enquanto o número de coordenação de metais de terras raras é de 8-12.

Como vimos, o número de coordenação é o número de íons (ou átomos) que estão nas adjacências do íon (ou átomo) de referência, então concluímos dizer que para cada íon, o número de coordenação é 6, ou seja, cada íon tem mais 6 vizinhos próximos. Para compostos iônicos. Considerando o número máximo de íons maiores (de carga oposta) que podem entrar em contato (ou coordenar) com íons menores, o número de coordenação do menor íon pode ser calculado sistematicamente.        

Se tentarmos colocar quatro íons maiores em contato com o íon menor, os maiores irão se sobrepor uns aos outros, o que é uma condição de grande instabilidade, devido às altas forças repulsivas.

Fator de empacotamento.

O fator de empacotamento atômico (ou FEA) é representado por um índice que varia de 0 a 1 e que é representante da fração do volume de uma célula unitária que corresponde a esferas sólidas, passando a ter o modelo da esfera atômica rígida. Este fator tem como finalidade determinar a quantidade de átomos que podem se organizar em uma estrutura cristalina, como também, determinar a qualidade no empilhamento.

Não se achará estruturas cristalinas na qual o fator seja igual a 1, isso se dá por conta da existência de espaços entre os átomos nos interstícios. Por outro lado, se o fator for igual a zero, trata-se de uma estrutura amorfa.

Densidade Atômica.

A densidade é uma característica periódica e suas mudanças são facilmente correlacionadas na tabela periódica. A mudança é de cima para baixo, de um lado para o outro. Para calcular a densidade de um elemento químico, é necessário considerar a massa correspondente ao átomo grama, ou seja, a massa em gramas é numericamente igual à massa atômica do elemento. O símbolo de densidade é ρ (letra grega ró), e a unidade SI é quilograma por metro cúbico (kg / m³).

Densidade da linha = átomo / cm é a fração do comprimento da linha (direção) interceptada pelo átomo (igual ao fator de empilhamento unidimensional).

Densidade plana = átomo / unidade de área é a fração da área do cristal ocupada pelos átomos (igual ao fator de empacotamento bidimensional).

Linhas de discordâncias

O cristal em si pode apresentar defeitos de alinhamento e continuidade em sua estrutura, resultando em defeitos de linha. Defeitos de linha, também conhecidos como inconformidades, são efeitos que deformam a rede ao redor da linha e são caracterizados pelo envolvimento de planos atômicos adicionais. Esses defeitos podem ocorrer durante a solidificação, deformação plástica de sólidos cristalinos ou como resultado da concentração de vacância.

Os três principais tipos de defeitos são chamados: discordâncias de cunha, de espiral e de mista. Na cunha, a divergência ocorre devido à interrupção de um plano atômico como é mostrado na figura 1.

         

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Figura 1 - Discordância de cunha. Fonte: http://www.fem.unicamp.br/~caram/capitulo4.pdf

A distância de deslocamento que existe dos átomos ao redor da discordância é chamada de vetor de Burgrs, visto no ponto (b), neste caso, o vetor é perpendicular à linha de discordância. Na discordância espiral, para que esta ocorra, é necessário que a pilha deve estar no formato de mola. Tornando o vetor de Burgrs em paralelo ao ramal, conforme a figura 2.

        

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Figura 2 - Discordância de espiral. Fonte: http://www.fem.unicamp.br/~caram/capitulo4.pdf

Já para as discordâncias mistas, é um processo que só acontece durante a solidificação do material ou quando for aplicada uma tensão cisalhante sobre o mesmo mostrado na figura 3.  A discordância mista só será formada quando houver uma associação das outras duas discordâncias, a cunha e a hélice. Neste caso, as duas discordâncias apresentarão uma única linha de discordância.  

 

[pic 3]

Figura 3 - Discordância de mista. Fonte: http://www.fem.unicamp.br/~caram/capitulo4.pdf

Defeitos Superficiais

As estruturas cristalinas apresentam defeitos que se estendem ao longo de sua estrutura, formando superfícies conhecidas como defeitos superficiais. Estes defeitos de cristal podem ser divididos em três tipos: superfície livre, contorno de grão e mancha. Embora a superfície livre seja considerada o fim da estrutura do cristal, a superfície externa do cristal é considerada um defeito do cristal, isso porque os átomos vizinhos que estão na superfície são diferentes do número de átomos que estão dentro do cristal conforme a figura 4. Os átomos da superfície têm vizinhos apenas em um lado, eles têm uma energia mais alta, então eles estão conectados aos átomos internos, mas forma frágil.