TESTE SOBRE SOLIDOS

IMPERFEIÇÕES EM SÓLIDOS

Até agora foi admitido que existe uma ordem perfeita ao longo da totalidade da extensão nos materiais cristalinos. Na realidade, este sólido idealizado não existe e todos os materiais têm um grande número de uma variedade de defeitos ou imperfeições. Muitas das propriedades dos materiais são sensíveis às imperfeições e defeitos e, nem sempre, a influência destes é adversa. Frequentemente, determinadas propriedades são intencionalmente alteradas pela introdução de quantidades controladas de defeitos como, por exemplo, no caso dos processos de cementação e interação de aços, dopagem de semicondutores, endurecimento de metais e ligas por encruamento (deformação a frio) …Denominamos "defeito cristalino" como sendo uma irregularidade na rede cristalina com uma ou mais dimensões na ordem de um diâmetro atômico. Existem diferentes tipos de imperfeições na rede e que são frequentemente classificadas de acordo com a geometria ou dimensionalidade do defeito. Assim temos:1. Vibrações da rede: quantizadas por fônons.2. Defeitos pontuais: Estão envolvidos individualmente átomos deslocados, átomos extras ou falta de átomos. São eles: vacâncias (lacuna), átomos intersticiais, átomos substitucionais, defeitos de Frenkel e de Schottky;3. defeitos lineares: defeitos que envolvem a aresta de um plano extra de átomos, são asdiscordâncias;4. defeitos planares: superfície interna, superfície externa e interfaces (falhas de empilhamento, contorno de fases, superfícies livres);5. defeitos volumétricos: estruturas amorfas ou não-cristalinas.

1. Vibrações da Rede

Uma configuração cristalina ideal, com os átomos em posições estáticas, só ocorre hipoteticamente, a temperatura de zero absoluto. Todos os átomos em um material sólido, quenão está à temperatura de zero absoluto, estão vibrando muito rapidamente em torno da suaposição reticular e essas vibrações podem ser consideradas imperfeições ou defeitos já que provocam distorções no cristal perfeito. À temperatura ambiente, uma freqüência de vibração típica dos átomos está na ordem de 1013 vibrações por segundo e com amplitude de poucos milésimos de nanômetro. À medida que ocorre um aumento da temperatura, a amplitude vibracional dos átomos aumenta assim como a energia vibracional destes. Na realidade, a temperatura de um sólido é apenas uma medida da atividade vibracional média dos átomos e moléculas que compõe este sólido.

2. Defeitos Pontuais

2.1 Lacunas

O defeito pontual mais simples é a lacuna (do inglês: vacancy), ou seja, a ausência de umátomo em uma posição atômica originalmente ocupada por um átomo. Este defeito pode resultar do empacotamento imperfeito na solificicação do cristal ou decorrer de vibrações térmicas dos átomos. As lacunas constituem o ÚNICO tipo de defeito que está em equilíbrio com o cristal. Assim o n° de lacunas para uma dada quantidade de material é função da temperatura deacordo com a equação:

Nv = N.exp(-Q v /KT),

onde: N é o n° de átomos T é a temperatura absoluta (K)k é a constante de Boltzmann (1,38 10-23 J/átomo K ou 8,62 10-5 eV/átomo K) Q v é a energia de ativação para a formação de uma lacuna (J ou eV) Dessa forma, o número de lacunas aumenta exponencialmente com a temperatura. Para grande parte dos metais, a fração de lacunas (Nv/N) logo abaixo da temperatura de fusão é da ordem de 10 -4, isto é, um sítio da rede cristalina em cada 10.000 sítios está vazio.

2.2 Auto- Intersticial

É um átomo do cristal que se encontra comprimido no interior de um sítio intersticial, um pequeno espaço vazio que em condições normais não ocorreria. Este defeito introduz distorções relativamente grandes na rede cristalina circunvizinha, pois o átomo é substancialmente maior do que o espaço do interstício. A formação de um defeito intersticial implica na criação de uma vacância, por isto este defeito é menos provável que uma lacuna.

Defeitos em Sólidos Iônicos: Frenkel e Schottky

Os cristais iônicos, representados pelos materiais cerâmicos, também podem apresentar defeitos atômicos envolvendo os átomos hospedeiros. Como ocorre nos metais, são possíveis tanto lacunas como intersticiais; entretanto, uma vez que os cerâmicos contêm íons de pelo menos dois tipos diferentes, podem ocorrer defeitos para cada espécie de íons. Uma vez que os átomos existem como íons carregados, quando são consideradas as estruturas de defeitos, a eletroneutralidade deve ser mantida. A eletroneutralidade é o estado que está presente quando existem números iguais de cargas positivas e negativas dos íons.

2.3 Defeito de Frenkel

Defeito que envolve um par composto por uma lacuna de cátion e um cátion intersticial.Este tipo de defeito pode ser considerado como sendo formado por um cátion que deixa a suaposição normal e se move para o interior de um sítio intersticial. Não existe alteração dacarga, pois o cátion mantém a mesma carga positiva como um átomo intersticial.

2.4 Defeito de Schottky

Este defeito consiste em um par formado por uma lacuna de cátion e uma lacuna de ânion. Pode ser considerado como tendo sido criado pela remoção de um cátion e de um ânion do interior do cristal, seguido pela colocação de ambos os íons em uma superfície externa. Uma vez que tanto os cátions como os ânions possuem a mesma carga num material cerâmico do tipo AX, e que para cada lacuna de ânion existe outra de cátion, a neutralidade é mantida.

Defeito de Frenkel Defeito de Schotkky

Defeito de Frenkel Defeito de Schotkky Algumas considerações: As estruturas de empacotamento fechado têm um menor númerode defeitos intersticiais e de Frenkel do que de vazios e de Schottky, pois é necessária energia adicional para forçar os átomos para novas posições.

Impurezas em Sólidos

Os metais mais conhecidos não são altamente puros, eles são ligas, nas quais os átomos de impurezas são adicionados intencionalmente para conferir características específicas ao material. Muito comumente, a formação de ligas é utilizada em metais para aumentar sua resistência mecânica, resistência à corrosão,