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Estrutura cristalina dos metaisTodos os metais, muitos cerâmicos e certos
polímeros ao solidificar, os átomos se posicionam de acordo com um padrão
tridimensional repetitivo,onde cada átomo está ligado aos seus átomos vizinhos mais próximos formando uma estrutura que chamamos de estrutura cristalina. Os
materiais que não obedecem esta ordem atômica são chamados de material não
cristalino ou amorfo. Uma estrutura cristalina é descrita tanto pela geometria como pelos
arranjos atômicos da célula unitária.
Estrutura cristalina dos metais
Ao descrever as estruturas cristalinas, os átomos são considerados como se fossem esferas sólidas com diâmetro bem definidos. Os átomos tem uma estrutura composta de duas partes: O núcleo que contêm partículas chamadas prótons e neutrons. Mais os elétrons que giram ao redor do núcleo em diferentes trajetórias imaginárias chamadas de órbitras.
Sistema cristalino.O sistema cristalino é descrito pela forma geométrica da célula unitária na qual átomos se agrupam. Exemplo, as estruturas cristalinas cúbica de face centrada e cúbico de corpo centrado são estruturas cristalinas que pertencem ao sistema cristalino cúbico.
Estrutura atômica pagina 25 à pagina 67 capítulo 3 do PLT
Os materiais se dividem em amorfos e cristalinos:Material cristalino (a): ordem a longa distânciaMaterial amorfo (b): ordem a curta distância
São sete sistemas cristalinos
Definições importantes
• Célula unitária: Pequeno (o menor) grupo de átomos que formam um padrão repetitivo representativo da estrutura cristalina.
• Número de coordenação: número de vizinhos mais próximos, que estão em contato, realizando ligações químicas entre eles.
• Fator de empacotamento atômico: É o volume dos átomos dividido pelo volume da célula unitária
Estrutura cúbica simples
• Número de coordenação = 6
• Fator de empacotamento=0,52
• Não há exemplos de metais puros, fator de empacotamento muito baixo
Representação esquemática da estrutura cúbica de corpo centrado (c.c.c.)
Representação esquemática da estrutura cúbica de faces centradas (c.f.c.)
Representação esquemática da estrutura hexagonal compacta (hc)
Número de átomos por célula unitária: Sistema Número de átomos por célula unitária: Sistema cúbicocúbico
• - Átomo no vértice da célula unitária cúbica:compartilhado por sete células unitárias em contato
• somente 1/8 de cada vértice pertence a uma célula particular.
• - Átomo centrado na face: compartilhado por duas células unitárias
Número de coordenação = 6
CÚBICO CÚBICO
SIMPLESSIMPLESNC = 6
Número de coordenaçãoNúmero de coordenação
CÚBICO CÚBICO DE FACE DE FACE CENTRADACENTRADA NC = 12
Número de coordenaçãoNúmero de coordenação
Relação entre raio atômico e parâmetro de rede para o Relação entre raio atômico e parâmetro de rede para o sistema C.F.C.sistema C.F.C.
• Contato entre os átomos ocorre através da diagonal da face da célula unitária
• dface2 = ao
2 + ao2
• (4r)2 = 2ao2
• aaoo = = 4r4r
• 221/21/2
Cálculo do fator de empacotamento para uma estrutura C.F.C.
• Quatro átomos por célula unitária
• Número de coordenação= 12
• Fator de empacotamento=0,74(os átomos “se tocam” na diagonal da face)
• Sistema chamado de empacotamento fechado
• Ex. Fe (acima de 912º C) Al,Cu,Pb,Ni, Ag,Au,Pd,Pt,etc...
Número de coordenaçãoNúmero de coordenação
CÚBICO DE CÚBICO DE CORPO CORPO CENTRADOCENTRADO
NC = 8
Relação entre raio atômico e parâmetro de rede para o Relação entre raio atômico e parâmetro de rede para o sistema C.C.C. sistema C.C.C.
• dcubo2 = ao
2 + dface2
• (4r)2 = 3ao2
• aaoo = = 4r4r
• 331/21/2
• Contato entre os átomos ocorre através da diagonal do cubo da célula unitária
Características do sistema cúbico de corpo centrado
• Dois átomos por célula unitária
• Número de coordenação = 8
• Fator de empacotamento = 0,68 (os átomos “se tocam”na diagonal principal do cubo)
• Ex: Fe (até 912º C), Li, Na, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb etc...
Representação esquemática da estrutura hexagonal compacta (hc)
• Cada átomo do vértice da base está dividido em 6 células unitárias.
• Cada átomo no centro das bases está dividido em duas células unitárias.
• Os 3 do centro estão integralmente dentro da célula.
Características do sistema hexagonal compacto
• Seis átomos por célula unitária
• Número de coordenação= 12
• Fator de empacotamento=0,74
• Sistema chamado de empacotamento fechado
• Ex.: Zn, Mg, Ti, Co, Cd, Be, Zr, etc...
Representação esquemática da estrutura hexagonal compacta (hc)
HEXAGONAL COMPACTOHEXAGONAL COMPACTO NC = 12
Alotropia ou PolimorfismoQuando um metal apresenta mais de um sistema cristalino em
função da temperatura e/ou pressão. 40% dos átomos apresentam alotropia
Alotropia ou Polimorfismo.
• Exemplo do ferro:• C.C.C. até 912ºC com parâmetro de rede de 2,88 Ǻ
(2 átomos dentro da célula)• C.F.C. de 912ºC até 1390ºC com parâmetro de rede
3,64 Ǻ (4 átomos em cada célula unitária, logo parâmetro de rede maior)
• C.C.C. de 1390 até 1536ºC com parâmetro de rede de 2,93 Ǻ (2 átomos dentro da célula, maior temperatura maior parâmetro de rede) .
Monocristal de fluorita que cristalizou sem restrições mostrando a forma da célula unitária externamente
Questionário 1.Mostrar que o fator de empacotamento atômico para a estrutura cristalina CCC é de 0,68. 2.Calcular o raio de um átomo de vanádio, dado que o V possui uma estrutura cristalina CCC, uma densidade de 5,96 g/cm3 e um peso atômico de 50,9 g/mol.3.Calcular o raio de um átomo de irídio, dado que o Ir possui uma estrutura cristalina CFC, uma densidade de 22400 kg/m3 e um peso atômico de 192,2 g/mol. . 4.Algum metal hipotético possui uma estrutura cristalina cúbica simples. Se o seu peso atômico é de 74,5 g/mol e o raio atômico é de 0,145nm,calcular sua densidade.5.O cobre tem uma estrutura CFC e um raio atômico de 1,278 angstron. Calcule a sua densidade e o peso de uma barra de 075 pol de diâmetro e 1m de comprimento.6.O ferro possui uma estrutura cristalina CCC,um raio atômico de 1,24 angstron e um peso atômico de 55,875.g/mol. Calcular e comparar sua densidade calculada com o valor experimental que é de 7,85 g/cm3.7.Qual a diferença entre estrutura atômica, estrutura cristalina e sistema cristalino. .
