PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS AULA 02: ESTRUTURA CRISTALINA DOS MATERIAIS Prof. Prof. Iran Aragão

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAISAULA 02: ESTRUTURA CRISTALINA DOS MATERIAIS

Prof. Prof. Iran Aragão

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS

Aula 02: Estrutura Cristalina dos Materiais

Objetivo da aula

Ao final desta aula, você deverá conhecer:

1. Estrutura da Matéria;

2. A malha cristalina;

3. Tipos principais de estruturas cristalinas;

4. Estrutura cristalina dos Metais.



Importância das ligações metálicas, iônicas e

covalentes, na classificação dos metais,

cerâmicos e polímeros;

INTRODUÇÃO



Importância das ligações metálicas, iônicas e

covalentes, na classificação dos materiais:

metais, cerâmicos e polímeros.

Conhecer as estruturas cristalinas dos

materiais. Relacionar esta análise com o

comportamento mecânico durante seu emprego;

INTRODUÇÃO



As propriedades macroscópicas dos materiais

dependem essencialmente do tipo de ligação entre os

átomos.

O tipo de ligação depende fundamentalmente dos

elétrons (camada de valência).

Os elétrons são influenciados pelos prótons e

nêutrons que formam o núcleo atômico.

Os prótons e nêutrons caracterizam

quimicamente o elemento e seus isótopos.

LIGAÇÃO ATÔMICA



• Os materiais são constituídos por átomos que, no

estado sólido, se mantêm unidos por ligações

químicas primárias e secundárias.

• Esse tipo de ligação afeta as propriedades

químicas e físicas do material.

CONSTITUIÇÃO DOS MATERIAIS



• O conhecimento das forças interatômicas que

ligam os átomos entre si nos permitem entender

muitas das propriedades físicas dos materiais.

Forças de ligação e energias de ligação

• Sua magnitude varia

com a distância.



FORÇAS DE LIGAÇÃO E ENERGIAS DE LIGAÇÃO



• Basicamente toda matéria é constituída de

Moléculas;

• o átomo é a unidade fundamental do material;

• a estrutura do átomo segue o modelo de Bohr:

CONSTITUIÇÃO DA MATÉRIA



CONSTITUIÇÃO DA MATÉRIA



LIGAÇÕES QUÍMICAS

• Representam a união entre os átomos de um

mesmo elemento ou de elementos diferentes.

• Quando os átomos se unem, modificam sua

eletrosfera, ganhando, perdendo ou

compartilhando elétrons.

• Dependendo dos átomos que se unem, as

ligações podem ser iônicas, covalentes,

metálicas.



• Iônica

• Covalente

• Metálica

• Van Der Waal

ASSOCIAÇÃO DE ÁTOMOS



Ligação Iônica

• Elétrons sendo liberados pelas

camadas de valência;




Ligação iônica

• Resulta da atração entre cátions e ânions.• Todas as substâncias iônicas são sólidas.• Apresentam-se na forma de cristais.



Covalente

• Elétrons sendo compartilhados

com átomos adjacentes

(hidrogênio, ametais e

semimetais). Esse tipo de ligação

é comum em compostos

orgânicos, por exemplo em

materiais poliméricos e diamante.


• Quando os átomos se unem por ligação covalente

formam as substâncias covalentes ou

moleculares.



LIGAÇÃO COVALENTE

Representação estrutural plana.



Van Der Waal

• Elétrons não são compartilhados, apenas, há

influência mútua das ondas eletrônicas

estacionarias;




Van Der Waal

•São ligações secundárias ou físicas

•A polarização (formação de dipólos) devido a

estrutura da ligação produz forças atrativas e

repulsivas entre átomos e moléculas

•A ligação é fraca

•Exemplo desse tipo de ligação acontece entre

átomos de H e em estruturas moleculares polares




Metálica

• Elétrons sendo compartilhados pelos átomos

adjacentes;




LIGAÇÃO METÁLICA

• Um metal é formado por um conjunto de átomos iguais, dispostos em camadas superpostas.



• O que mantém os átomos unidos em um metal é

a atração elétrica entre o conjunto dos elétrons

praticamente livres e o conjunto dos cátions.

• As substâncias que se ligam através de ligações

metálicas são os metais, e estes apresentam as

propriedades de ductibilidade, maleabilidade

e condutividade elétrica

LIGAÇÃO METÁLICA



• Forma-se com átomos de baixa eletronegatividade

(apresentam no máximo 3 elétrons de valência)

• Os elétrons de valência são divididos com todos os

átomos (não estão ligados a nenhum átomo em

particular) e assim eles estão livres

• A ligação metálica não é direcional porque os

elétrons livres protegem o átomo carregado

positivamente das forças repulsivas eletrostáticas

LIGAÇÃO METÁLICA



• O modelo resultante dessa disposição típica dos

átomos é chamado reticulado;

• Estes sistemas admitem 14 combinações

conhecidas como Rede de Bravais.

REDES BRAVAIS



AS 14 REDES DE BRAVAIS

•Dos 7 sistemas cristalinos podemos identificar 14 tipos diferentes de células unitárias, conhecidas com redes de Bravais.

•Cada uma destas células unitárias tem certas características que ajudam a diferenciá-las das outras células unitárias.

•Estas características também auxiliam na definição das propriedades de alguns materiais.



• As redes cristalinas mais importantes:

Cúbica:

- Cúbica de corpo centrado (CCC);

- Cúbida de face centrada (CFC).

Hexagonal:

- Hexagonal compacta (HC).

REDES BRAVAIS



• A rede cúbica de corpo centrado é uma rede

cúbica na qual existe um átomo em cada vértice

e um átomo no centro do cubo. Os átomos se

tocam ao longo da diagonal.

REDE CÚBICA DE CORPO CENTRADO (CCC)




NC: Número de Coordenação, que corresponde ao número de átomos vizinhos mais próximos.



• Fator de empacotamento atômico (APF= atomic

packing factor)




• A rede cúbica de face centrada é uma rede

cúbica na qual existe um átomo em cada vértice

e um átomo no centro de cada face do cubo. Os

átomos se tocam ao longo das diagonais das

faces do cubo.

REDE CÚBICA DE FACE CENTRADA (CFC)



a=4R




a=4R




• A rede hexagonal compacta pode ser

representada por um prisma com base hexagonal

com átomos na base e no topo e um plano de

átomos no meio da altura.

• O sistema Hexagonal Compacto é mais comum

nos metais (ex: Mg, Zn, Be, Cd).

REDE HEXAGONAL COMPACTA (HC)









TABELA RESUMO PARA O SISTEMA CÚBICO

Átomos Número de Parâmetro Fator de por célula coordenação de rede empacotamento

CCC 2 8 4R/(3)1/2 0,68CFC 4 12 4R/(2)1/2 0,74



A temperaturas acima de 912° o Fe apresenta-se na forma alotrópica (CCC); Acima de 912° até 1394° (CFC); Acima de 1394° até 1538° (CCC). A alotropia do Fe é importante porque a forma alotrópica pode dissolver o Carbono (C) até 2,11% a 1148o, o que tem grande significado no tratamento térmico dos aços.

ALOTROPIA DO FERRO PURO



Até a próxima aula!

Bom Estudo!

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