Aula 04 - A Estrutura Dos Solidos Cristalinos(1)

5/20/2018 Aula 04 - A Estrutura Dos Solidos Cristalinos(1)

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A Estrutura dos Slidos CristalinosProfa. Juliana Fonseca

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Por que estudar a estrutura dos slidos?As propriedadesde alguns materiais esto

diretamente relacionadas s suas estruturascristalinas.

Ex:Mge Betm uma certa estrutura cristalina eso muito mais quebradiosdo que outros metais

como Aue Ag, que possuem uma outra estruturacristalina.

Ex:cermicase polmerosno-cristalinos tendema ser transparentes; os mesmos materiais emforma cristalina tendem a ser opacos.

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Por que cristal?

- Antigos gregos: pedaos de quartzo encontrados em

regies frias era um tipo especial de geloKrystallos.Os Kristallos eram congelados de maneira to forte que

no se fundiam mais.

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1. Estrutura CristalinaMateriais slidos podem ser classificados de acordo

com a regularidadesegundo a qual os tomos ou ons

esto arranjados em relao uns aos outros.

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1. Estrutura Cristalina

Material Cristalino:os tomos esto situados

em um arranjo que se repete ao longo de

grandes distncias atmicas.

Ex.: Grafeno5


Material no cristalino / amorfo:esta ordem

atmica de longo alcance est ausente.

Ex.: Vidro

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Modelo Atmico das Esferas Rgidas:

Ao descrever estruturas cristalinas, os tomos (ou ons)

so considerados como se fossem esferas slidas que

possuem dimetro bem definidos.

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Rede Cristalina:

conjunto de pontos, que podem corresponder a

tomos ou grupos de tomos, que se repetem no

espao tridimensional com uma dada periodicidade.

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Clula Unitria: unidade estrutural bsica da estrutura

cristalinabloco construtivo.Define a estrutura cristalina em virtude da sua geometria e das

posies dos tomos no seu interior.

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Observao:

Mais de uma clula unitria pode ser escolhida

para uma estrutura cristalina especifica;

contudo, geralmente usamos a clula unitria

que possui o maior grau de simetriageomtrica.

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Para quantificar essa repetio, temos de determinar

qual unidade estrutural repetida.

Clula Unitria

Menor unidade que se repete e

reproduz a rede cristalina

Clulas No-Unitrias

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1. Estrutura CristalinaRepresentao da Clula Unitria:

x, y, z = eixos

a, b, c = comprimentos das arestas

, , = ngulos interaxiais

Parmetros de rede

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Observaes:

O tamanho das arestasda clula unitria e os

ngulosentre os eixos cristalogrficos so

chamados de constantes/parmetros de rede.

A clulaunitriacontm uma descrio

completa da estrutura - pode ser gerada peloempilhamentorepetitivode clulas unitrias

adjacentes, por todo o espao tridimensional.

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Vantagem da descrio das estruturas

cristalinas por meio de clulas unitrias:

- Todas as estruturas possveis se reduzem a um pequeno

nmero de geometrias bsicas de clula unitria.

- S existem 7 formas de clula unitria que podem ser

empilhadas para preencher o espao tridimensional.

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Os 7 sistemas cristalinos:

Cbica

a=b=c,

Ortorrmbica

abc,

Tetragonal

a=bc,

Rombodrica

a=b=c,

Monoclnica

abc, Hexagonal

a=bc,

Triclnica

abc, 15


Como os tomos podem ser empilhados dentro

de determinada clula unitria?

Consideremos os pontos da redepontos

tericos arrumados periodicamente no espao

tridimensional.

Existe um nmero limitado de possibilidades:

As 14 redes de Bravais.

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Cbica

SimplesCbica de Corpo

Centrado

Cbica de Face

Centrada

Tetragonal

SimplesTetragonal de

Corpo Centrado

Ortorrrmbica

Simples

Ortorrrmbica de

Corpo CentradoOrtorrrmbica de

Base Centrada

Ortorrrmbica de

Face Centrada

Rombodrica

Simples

Hexagonal Monoclnica

Simples

Monoclnica de

Base Centrada

Triclnica


As 14 redes de Bravais:

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1. Estrutura CristalinaMetais: 3 tipos de estrutura cristalina relativamentesimples (CFC, CCC e HC).

Compostos Cermicos:possuem grande variedade decomposies qumicas e grande variedade de estruturascristalinas.

Vidro: no cristalino.

Polmeros: compartilham caractersticas com cermicas evidrosEstruturas cristalinas relativamente complexas.

- o material no facilmente cristalizado e os polmeroscomuns podem ter de 50% a 100% de seu volume nocristalino. 18


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Semicondutores elementares (ex.: Si):

exibem uma estrutura caracterstica (diamantecbico).

Compostos Semicondutores: possuemestruturas semelhantes a alguns doscompostos cermicos mais simples.

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2. Estrutura Cristalina dos MetaisLigao Metlica.

Natureza no direcional

Consequentemente:

-No existem restries em relao ao nmeroe posio dos tomos vizinhos.

-nmeros relativamente grandes de tomosvizinhos e empacotamentos densos para amaioria das estruturas cristalinas dos metais.

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2. Estrutura Cristalina dos Metais

empacotamento denso

Estruturas de empacotamento denso tendem a ter

menor energia.

empacotamento no denso

Energia

r

comprimento da ligao

Energia

r

comprimento da ligao

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2. Estrutura Cristalina dos Metais

4 estruturas cristalinas principais:

Cbica Simples (cs)

Cbica de Corpo Centrado

(ccc)

Cbica de Face Centrada

(cfc)Hexagonal Compacta (hc)

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