Ciencias Dos Materiais

• Polimorfismo e Alotropia

 Polimorfismo.

Fenômeno no qual um sólido (metálico ou não metálico) pode apresentar mais de uma estrutura cristalina, dependendo da temperatura e da pressão.

Devido a terem estrutura cristalina diferente, os minerais polimorfos apresentam propriedades físicas diferentes que os permitem distinguir, já que a análise química não os distingue. É particularmente evidente a alteração da estabilidade havendo, para determinadas condições, formas mais estáveis do que outras. Utilizam-se as primeiras letras do alfabeto grego para designar os polimorfismo

Admite-se que os estados polimorfos são derivados de uma forma inicial, quer por deformação do retículo cristalino dessa forma, quer por uma destruição parcial do retículo cristalino primitivo, com reagrupação posterior dos fragmentos residuais.

As transformações das estruturas parecem ser consequência das variações das condições físicoquímicas,experimentadas pelo mineral inicialmente formado ou existente durante a cristalização.

Constituem exemplos de polimorfismo as formas alotrópicas do enxofre, que pode ocorrer em formas ortorrômbicas ou monoclínicas; o carbono, com os seus polimorfos grafite e diamante, que ocorrem, respetivamente, em formas hexagonais e cúbicas; e o carbonato de cálcio, nas formas de calcite (hexagonal) e aragonite (ortorrômbica).

(Polimorfismo. In Infopédia [Em linha]. Porto: Porto Editora, 2003-2014. [Consult. 2014-03-12]. Disponível na www: <URL: http://www.infopedia.pt/$polimorfismo,2>.)

 Alotropia

Na química, a palavra alotropia pode significar "maneira diferente", designa a capacidade de um elemento químico formar duas ou mais substâncias simples diferentes. Por exemplo, o elemento químico Oxigênio. Pode-se organizar vários átomos de Oxigênio (O) para formar substâncias diferentes. O2 é o gás oxigênio, que os animais utilizam na respiração celular e também para queima (combustão), e também existe o O3, que é o chamado gás ozônio, que protege a terra dos raios ultra-violeta provenientes do Sol.

O fósforo possui diversas variedades alotrópicas, como o fósforo branco (P4) e o fósforo vermelho (P4)n .

Outro exemplo é o do Carbono (C), Seus átomos podem se encontrar em várias formas diferentes, tendo assim, várias substâncias diferentes.O diamante e o grafite são substâncias simples formadas apenas por carbono. A grande diferença entre eles é a maneira como os átomos ficam organizados nas moléculas. O grafite representa a forma mais estável do carbono, já o diamante, só é conseguido com pressões e temperaturas altíssimas. É até possível transformar grafite em diamante em laboratório, mas os gastos seriam muito maiores que os lucros obtidos com o diamante criado.Então, dizemos que o grafite e o diamante são formas alotrópicas do mesmo elemento químico (carbono).

Na imagem abaixo podemos ver a estrutura atômica do grafite e diamante, respectivamente:

(Alotropia.In Infopédia. Lucas Martins. 2006. Encontrado em https://www.infoescola.com/quimica/alotropia)

• Materiais cristalinos e nao cristalinos

Material cristalino é aquele no qual os átomos encontram-se ordenados sobre longas distâncias atômicas formando uma estrutura tridimensional que se chama de rede cristalina. Podendo ser dividido em dois grupos cristalinos e nao cristalinos ou amorfos.

 Cristalino.

A estrutura cristalina de um sólido é a designação dada ao conjunto de propriedades que resultam da forma como estão espacialmente ordenados os átomos ou moléculas que o constituem. Note-se que apenas os sólidos cristalinos exibem esta característica, já que ela é o resultado macroscópico da existência subjacente de uma estrutura ordenada ao nível atómico, replicada no espaço ao longo de distâncias significativas face à dimensão atómica ou molecular, o que é exclusivo dos cristais.

 Amorfos

A ausência de um padrão de cristalização caracteriza os chamados sólidos não-cristalinos ou amorfos. Entre eles destacam-se os plásticos, os vidros, os sabões, as parafinas e muitos outros compostos orgânicos e inorgânicos. A disposição interna dos componentes materiais dos sólidos amorfos é em grande parte aleatória, semelhante à dos líquidos, que mantêm fixas, contudo, as distâncias de suas ligações moleculares.

A propriedade mais destacada dos sólidos amorfos é a falta de um ponto fixo de fusão, de modo que sua passagem para o estado líquido se verifica ao longo de um intervalo de temperaturas durante o qual adoptam o chamado estado plástico. Algumas das aplicações dos vidros e dos materiais plásticos derivam de sua qualidade de serem facilmente moldáveis quando submetidos a aumentos de temperatura. Mas pode-se considerar que vários materiais não-cristalinos têm uma característica em comum: suas estruturas são tais que os arranjos das sub-unidades (1) se emaranham completamente no estado líquido, que é quase impossível se desemaranharem depois quando o material estiver se solidificando. Os modos, segundo os quais os arranjos das subunidades se emaranham, são vários, mas podem ser agrupados em dois casos-limites: redes tridimensionais e moléculas de cadeias longas.

Na imagem abaixo podemos ver a estrutura atômica de um material não- cristalino.

(sólidos não cristalinos ou amorfos.In ciências dos materiais. Encontrado em http://www.cienciadosmateriais.org/index.php?acao=exibir&cap=11&top=38)

 Monocristais.

Um monocristal ou sólido monocristalino é um material no qual o retículo cristalino da amostra inteira é contínua e sem rupturas até suas bordas, sem contornos de grão. A ausência de defeitos associado com contornos de grão pode dar aos monocristais propriedades únicas, particularmente mecânicas, ópticas e elétricas, as quais podem também ser anisotrópicas, dependendo do tipo de estrutura cristalográfica. Estas propriedades, em adição os fazem preciosos em algumas gemas, são explorados em aplicações tecnológicas, especialmente em óptica e eletrônica.

Porque efeitos entrópicos favorecem a presença de algumas imperfeições na microestrutura de sólidos, tais como impurezas, tensões não uniformes e defeitos cristalográficos tais como deslocamentos, monocristais perfeitos de tamanho significativo são extremamente raros na natureza, e também são difíceis de produzir em laboratório, embora eles possam ser feitos sob condições controladas. Por outro lado, monocristais imperfeitos podem atingir enormes tamanhos na natureza: várias espécies minerais tais como berilo, gesso e feldspatos são conhecidos por terem produzido cristais de vários metros.

Na imagem abaixo podemos ver a estrutura atômica de um material monocristalino.

(monocristal.wikpedia.2013. Encontrado em http://pt.wikipedia.org/wiki/Monocristal)

 Policristalino

Policristal, ou agregado policristalino, é um sólido e é constituído de uma infinidade de cristais, denominados grãos ou cristalitos, com orientações e dimensões aleatórias, fortemente unidos entre si, que preenchem todo o volume do sólido.

A maioria dos metais utilizados pelo homem assume geralmente a forma de policristais microscópicos, com dimensões da ordem de grandeza de μm. Outros materiais podem ter policristais com dimensões da ordem de cm, portanto visíveis a olho nu.

Esta aleatoriedade de orientação e dimensões é possivelmente devida ao crescimento e condições de processamento. A textura das fibras é um exemplo de uma orientação advinda do processamento.

Quase todos os metais comuns e muitas cerâmicas são policristalino. Os cristalitos são frequentemente referidos aos grãos, entretanto, grãos de poeira são um contexto diferente. Grão de poeira podem eles mesmos serem compostos de pequenos grãos policristalino.

Na imagem abaixo podemos ver a estrutura atômica de um material monocristalino

(policristal.wikpedia.2013. Encontrado em http://pt.wikipedia.org/wiki/Policristal).

 Anisotropia (mineralogia)

É um fenómeno em virtude do qual certas propriedades físicas de um mesmo corpo dependem da direção em que são medidas.

O fato de as substâncias minerais formarem cristais indica que o comportamento físico da matéria cristalina depende da direção. Em determinadas direções formam-se faces, em outras arestas em outros vértices. Nas redes cristalinas também e verifica que as distâncias entre os nós, que a formam, dependem da direção em que essa distância é medida. Estavariação de comportamento de propriedades físicas de um cristal segundo a direção em que se determina denomina-se anisotropia e tem importância muito significativa no estudo dos minerais. Em certos casos a anisotropia física dos minerais é uma propriedade evidente. Por exemplo, um cristal de mica ou gesso pode separar-se em porções paralelas entre si e segundo um só plano. Esta propriedade que se designa clivagem revela-nos que as forças de coesão do plano que se separam são muito fortes, enquanto as perpendiculares às mesmas são débeis. A clivagem é característica da estrutura cristalina e pode ser utilizada para a identificação de um mineral. A simetria do cristal manifesta-se nanisotropia, pois a clivagem apresenta-se segundo alguns planos homólogos, isto é, segundo planos equivalentes desimetria. Por exemplo, na calcite a clivagem ocorre segundo três planos simétricos relativamente ao eixo ternário docristal, e o sólido geométrico resultante da clivagem é um romboedro. Na halite a clivagem ocorre segundo faces do cubo. Contudo, nem todas as propriedades físicas de um mineral se manifestam da mesma maneira. Assim, por exemplo na halite é anisotrópica para a clivagem, mas a propagação da luz é igual em todas as direções. Quando o valor depropriedade física é igual em todas as direções, o cristal é isotrópico para essa propriedade.

Em consequência, a anisotropia ou a isotropia, por exemplo, das propriedades óticas dos minerais é utilizada paradistinguir os minerais uns dos outros. A utilização do microscópio baseia-se neste facto.

(Anisotropia (mineralogia). In Infopédia [Em linha]. Porto: Porto Editora, 2003-2014. [Consult. 2014-03-26]. Disponível na www: <URL: http://www.infopedia.pt/$anisotropia-(mineralogia)> .)