introduo cincia e engenharia dos materiais de construo civil

Cincia dos Materiais

Parte II - Fundamentos

Estruturas cristalinas - introduoDEC Departamento de Engenharia Civil Semestre 2010-1 Prof.Dr.Conrado de Souza Rodrigues crodrigues@civil.cefetmg.br, 3319 6826

83

Alm da composio qumica e das ligaes, a forma como os tomos se organizam no espao para compor cristais slidos tambm apresenta influncia decisiva nas propriedades observadas nos materiais. Materiais slidos podem se apresentar na forma cristalina e no-cristalina um material cristalino apresenta tomos que se arranjam segundo uma estrutura regular que se repete formando slidos 3D. Ou seja, existe um padro repetitivo ao longo de todo o slido quando no h padro de arranjo de tomos/ons, o slido uma material no-cristalino, ou amorfo

Introduo

84

NaCl: uma cermica com estrutura organizada

cristal de NaCl em uma argila caolintica

85

Cristalino

No-cristalino

Todos os metais e quase todas as cermicas formam estruturas cristalinas em condies normais (naturais) de solidificao

86

A estrutura cristalina (arranjo 3D repetitivo) representada em termos do modelo de esferas rgidas atmicas, onde tomos/ons so considerados como esferas slidas de raios pr-definidos Segundo este modelo, nos tomos vizinhos de um arranjo cristalino as esferas se tocam Outra representao feita na forma de retculos, que so matrizes tridimensionais de pontos que coincidem com as posies dos tomos (centro das esferas)

87

Por que os tomos se arranjam nestas configuraes regulares? Idealmente, o arranjo mais estvel de tomos/ons em um cristal aquele que minimiza a energia interna (energia de um sistema que pode ser transformada em trabalho) por unidade de volume. Em outras palavras, a estrutura cristalina organizada preserva neutralidade eltrica do conjunto satisfaz carter direcional das ligaes covalentes minimiza a repulso entre ons nas ligaes inicas agrupa tomos o mais compactamente possvel

88

A organizao cristalina e a densidade dos slidosGrande parte dos materiais de engenharia se apresentam na forma cristalina. A densidade dos materiais (relao massa/volume) reflete a massa e o dimetro de tomos/ons que os compem, bem como a forma como estes se agrupam para preencher o espao.metais so geralmente densos porque os tomos so pesados e o agrupamento compacto (ligao no direcional) polmeros so muito menos densos porque os tomos (C, H e O) so leves, a estrutura geralmente amorfa e pouco compacta (ligaes covalentes, direcionais) nas cermicas, mesmo quando se tem um agrupamento compacto (cermicas inicas, ligao no direcional), muitos dos elementos constituintes so leves (O, N, C). Nas cermicas covalentes, a direcionalidade da ligao impede um agrupamento compacto

, (kg/m3)

89

Ao descrever a estrutura cristalina de um slido, conveniente subdividi-la em pequenas entidades que se repetem, chamadas clulas unitrias unidade estrutural bsica do slido cristalino Geralmente, as clulas unitrias nas estruturas cristalinas compem-se de paraleleppedos, prismas com trs conjuntos de faces paralelas A clula unitria representa a simetria da estrutura cristalina, onde todas as posies dos tomos no cristal podem de determinadas mediante translaes proporcionais s distncias inteiras da clula ao longo de cada uma de suas arestas

90

sistemas cristalinos: representao geomtrica das clulas unitrias S existem sete tipos de clulas unitrias que preenchem totalmente o espao, os 7 Sistemas Cristalinos

91

Os sistemas cristalinos so apenas representaes geomtricas. A estrutura cristalina passa a ser representada quando posicionamos tomos nestas dentro destes sistemas Sistemas cristalinos + tomos Redes de Bravais Os 7 sistemas cristalinos do origem a 14 redes que permitem o preenchimento do espao 3D

92