Estrutura Cristalina II

7/23/2019 Estrutura Cristalina II

1/34

Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS

E

STRU

TURA

CRISTALI


2/34

EleaniMariadaC

osta-DEM/P

UCRS

ARRANJO ATMICOPor qu estudar?

As propriedades de alguns materiais estodiretamente associadas sua estrutura cristalina (ex:magnsio e berlio que tm a mesma estrutura sedeformam muito menos que ouro e prata que tm

outra estrutura cristalina).


3/34

Ele

aniMariadaC

osta-DEM/P

UCRS

ARRANJO ATMICO Os materiais slidos podem ser

classificados em cristalinos ou no-

cristalinos de acordo com aregularidade na qual os tomos ouons se dispem em relao seus

vizinhos. Material cristalinoMaterial cristalino aquele no qual

os tomos encontram-se ordenados

sobre longas distncias atmicasformando uma estruturatridimensional que se chama de rede

cristalina


4/34

Ele

aniMariadaC

osta-DEM/P

UCRS

ARRANJO ATMICO

Nosmateriais nomateriais no--cristalinos ou amorfoscristalinos ou amorfos noexiste ordem de longo alcance na disposio dostomos.

As propriedades dos materiais slidos cristalinosdepende da estrutura cristalina, ou seja, da maneira

na qual os tomos, molculas ou ons estoespacialmente dispostos.


5/34

Ele

aniMariadaC

osta-DEM/P

UCRS

H um nmero grande de diferentesestruturas cristalinas, desde estruturas

simples exibidas pelos metais at estruturasmais complexas exibidas pelos cermicos epolmeros.


6/34

Ele

aniMariadaC

osta-DEM/P

UCRS

CLULA UNITRIA(unidade bsica repetitiva da estrutura tridimensional).

Consiste num pequeno grupos de tomos queformam um modelo repetitivo ao longo da

estrutura tridimensional (analogia com elosda corrente).

A clula unitria escolhida para

representar a simetria da estruturacristalina.


7/34

Ele

aniMariadaCosta-DEM/P

UCRS

CLULA UNITRIA

Clula Unitria

Os tomos so representados como esferas rgidas


8/34

Ele


UCRS

A clula unitria usualmente descrita emtermos do comprimento dos vetores de

translao a, b e c e do ngulo formado entreeles.

A direo dos vetores unitrios a, b e c define adireo dos eixos x, y e z, chamados de eixoscristalinos ou cristalogrficos.

O ngulo entre os vetores a e b , entre b e c

, e entre a e c o .


9/34

Ele


UCRS

Uma das maneiras de representar a clula unitria atravs de um paraleleppedo, como mostra a figura.

As quantidades a, b, c, , , d-se o nome de

parmetros de rede.


10/34

Ele


UCRS

ESTRUTURA CRISTALINADOS METAIS

A estrutura cristalina dos metais tmgeralmente um nmero grande de vizinhose alto empacotamento atmico.

Trs so as estruturas cristalinas mais

comuns em metais: CCbica de corpobica de corpocentrado, ccentrado, cbica de face centrada ebica de face centrada ehexagonal compactahexagonal compacta.


11/34

Ele


UCRS

SISTEMA CBICO

Os tomos podem ser agrupados dentro do sistemacbico em 3 diferentes tipos de repetio

Cbico simples

Cbico de corpo centrado

Cbico de face centrada


12/34

Ele


UCRS

SISTEMA CBICO SIMPLES

Apenas 1/8 de cada tomocai dentro da clula unitria,ou seja, a clula unitria

contm apenas 1 tomo. Essa a razo que os metais

no cristalizam na estrutura

cbica simples (devido aobaixo empacotamentoatmico).

Parmetro de rede

a


13/34

Ele


UCRS

ESTRUTURA CBICA DECORPO CENTRADO

O tomo do centro pertence somente asua clula unitria.

Cada tomo de uma estrutura ccc cercado por 8 tomos adjacentes

H 2 tomos por clula unitria naestrutura ccc

O Fe, Cr, W cristalizam em ccc

Filme


14/34

Ele


UCRS

EST. CBICA DE FACECENTRADA

Na est. cfc cada tomo dos verticesdo cubo dividido com 8 clulasunittias

J os tomos das faces pertencemsomente a duas clulas unitrias H 4 tomos por clula unitria na

estrutura cfc o sistema mais comum encontrado

nos metais (Al, Fe, Cu, Pb, Ag,Ni,...)Filme

25


15/34

EleaniMariadaCosta-DEM/P

UCRS

CLCULO DA DENSIDADE

O conhecimento da estrutura cristalinapermite o clculo da densidade ():

= nAVcNA

n= nmero de tomos da clula unitria

A= peso atmicoVc= Volume da clula unitria

NA= Nmero de Avogadro (6,02 x 1023 tomos/mol)


16/34


UCRS EXEMPLO:

Ferro tm raio atmico de 0,124nm (1,24 ), uma estruturaccc, um peso atmico de 55,85 g/mol. Calcule a densidade

do ferro. Resposta: 7,9 g/cm3

Valor da densidade medida= 7,87 g/cm3


17/34


UCRS

TABELA RESUMO PARA OSISTEMA CBICO

tomos Nmero de Fator de

por clula coordenao empacotamento

atmico

CS 1 6 0,52

CCC 2 8 0,68

CFC 4 12 0,74


18/34


SISTEMAHEXA

GONA

SIM

PLES


19/34


UCRS

ESTRUTURA HEXAGONALCOMPACTA

Os metais em geral no cristalizamno sistema hexagonal simples pq ofator de empacotamento muito

baixo. O sistema Hexagonal Compacto mais comum nos metais (ex: Mg,Zn).

Na HC cada tomo de uma dadacamada est diretamente abaixo ouacima dos interstcios formadosentre as camadas adjacentes.


20/34


UCRS

ESTRUTURA HEXAGONALCOMPACTA

Cada tomo tangencia 3tomos da camada de cima,6 tomos no seu prprio

plano e 3 na camada debaixo do seu plano


21/34


ESTRU

TURA

HEX

AGON

COM

PACT

A


22/34


UCRS

SISTEMAS CRISTALINOS

Estes sistemas incluem todas as possveis

geometrias de diviso do espao porsuperfcies planas contnuas.


23/34


OS7S

ISTEMASCRIS

TALIN


24/34

EleaniMariada

Costa-DEM/PUCRS

AS 14 REDES DE BRAVAIS

Dos 7 sistemas cristalinospodemos identificar 14 tiposdiferentes de clulas unitrias,conhecidas com redes de

Bravais. Cada uma destasclulas unitrias tem certascaractersticas que ajudam adiferenci-las das outras clulasunitrias. Alm do mais, estas

caractersticas tambmauxiliam na definio daspropriedades de um materialparticular.


25/34

EleaniMariada

Costa-DEM/PUCRS

POLIMORFISMO OUALOTROPIA

Alguns metais e no-metais podem ter maisde uma estrutura cristalina dependendo datemperatura e presso. Esse fenmeno

conhecido como polimorfismo. Geralmente as transformaes polimorficas

so acompanhadas de mudanas nadensidade e mudanas de outras propriedadesfsicas.


26/34

EleaniMariada

Costa-DEM/PUCRS

EXEMPLO DE MATERIAIS QUEEXIBEM POLIMORFISMO

Ferro Titnio

Carbono (grafite e diamante) SiC (chega ter 20 modificaes cristalinas)

Etc.


27/34

EleaniMariada

Costa-DEM/PUCRS

ALOTROPIA DO FERRO

Na temperatura ambiente, oFerro tm estrutura ccc, fatorde empacotamento de 0,68 eum raio atmico de 1,241.

A 910C, o Ferro passa paraestrutura cfc, fator de

empacotamento de 0,74 e umraio atmico de 1,292.

A 1394C o ferro passa

novamente para ccc.

ccc

cfc

ccc

At 910C

De 910-1394C

De 1394C-PF


28/34

EleaniMariada

Costa-DEM/PUCRS

ALOTROPIA DO TITNIO

FASE Existe at 883C Apresenta estrutura hexagonal compacta

moleFASE Existe a partir de 883C Apresenta estrutura ccc dura


29/34

EleaniMariada

Costa-DEM/PUCRS

DIAMANTE

Ligao fraca

Ligao forte

NANOTUBOS DE CARBONO

GRAFITA


30/34


DIREES?

(o,o,o)


31/34

EleaniMariada

Costa-DEM/PUCRS

DIREES PARA OSISTEMA CCC

No sistema ccc os tomosse tocam ao longo da

diagonal do cubo, quecorresponde a famlia dedirees

Ento, a direo a

de maior empacotamentoatmico para o sistema ccc


32/34

El

eaniMariada

Costa-DEM/PUCRS

DIREES PARA OSISTEMA CFC

No sistema cfc os tomosse tocam ao longo da

diagonal da face, quecorresponde a famlia dedirees

Ento, a direo a

de maior empacotamentoatmico para o sistema cfc

Filme 22

El i M i d C t DEM/PUCRS


33/34


PLAN

OSCRISTA

LINO


34/34

EleaniMariada

Costa-DEM/PUCRS

DENSIDADE ATMICALINEAR E PLANAR

Densidade linear= tomos/cm (igual ao fator deempacotamento em uma dimenso)

Corresponde frao do comprimento da linhaocupada com tomos

Densidade planar= tomos/unidade de rea (igual

ao fator de empacotamento em duas dimenses)Corresponde frao da rea cristlogrfica planar

ocupada com tomos

Documents

Estrutura Cristalina II