ESTRUTURA DOS SÓLIDOS CRISTALINOS

Ciências dos Materiais Professor: Daniel Padilha Setti

Introdução

• Estudar o conceito de cristalinidade e não-cristalinidade

• A noção de estrutura cristalina é apresentada em

termos de célula unitária.

• São considerados os materiais monocristalino,

policristalino e não-cristalino.

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Estrutura Cristalina

• Os materiais são classificados com a regularidade

segundo qual os átomos ou íons estão arranjados.

• Material cristalino caracterizado pela existência de

um arranjo tridimensional periódico e repetitivo dos

átomos.

• Todos metais, alguns materiais cerâmicos e certos

polímeros forma estruturas cristalinas.

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• Os materiais que não cristalizam, materiais não-

cristalinos ou amorfos.

• Estrutura cristalina é o modo como os átomos ou

íons se encontram no espaço. “Em termos da

geometria e das posições da célula unitária.

• Nas estruturas cristalinas, os átomos são

considerados como esferas sólidas.

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Células Unitárias

• A ordenação dos átomos nos sólidos cristalinos, grupos de átomos.

• Células unitárias (simetria da estrutura)

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Estruturas Cristalinas dos Metais

• a ligação nesse grupo é Metálica

• Três estruturas cristalinas, CCC, CFC e HC

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Cúbica de Face Centrada (CFC)

• Com átomos localizados em cada um dos vértices e nos centro de todas as faces

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a= comprimento da aresta do cubo R= raio atômico

Cúbica de Face Centrada (CFC)

• Número de coordenação

• Fator de empacotamento atômico (FEA)

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VE = Volume para a esfera Vc = Volume de uma célula unitária

Cúbica de Corpo Centrada (CCC)

• Átomos localizados nos oito vértices e um único no centro do cubo.

• Os átomos no centro e nos vértices se tocam uns nos outros

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Hexagonal Compacta (CCC)

• As faces da superfície superior e inferior da célula unitária são compostas por seis átomos, que forma um hexágono ao redor de um átomo central.

• Um outro plano com três átomos esta localizado entre os planos.

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Cálculo de Massa Específica

• Massa especifica teórica para metais

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ρ = massa especifica n = número de átomos associados a cada célula unitária A = peso atômico VC = volume de célula unitária Na = número de Avogadro (6,023x1023 átomos/mol

Exemplos

• Calcule a massa específica para o cobre:

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Calcule a massa especifica para Molibdênio A= 95,94 g

Polimorfismo e Alotropia

• Polimorfismos é a habilidade que tem um

material sólido de existir em mais do que uma

forma ou estrutura cristalina.

• Dependendo da temperatura e da pressão

• Exemplo:

– Ferro puro à temperatura ambiente CCC, se alterar

para 1674 °F CFC

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Sistemas Cristalinos

• Geometria da célula unitária

• É estabelecido um sistema de coordenadas (x,y,z)

• Comprimento das três arrestas (a,b,c)

• E os três ângulos entre os eixos (α,β,γ)

• Conhecidos como parâmetro de rede é a combinação dos comprimentos da arresta da célula unitária e dos ângulos interaxiais, que define a geometria da célula.

• Existem sete combinações diferentes.

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Coordenadas de Pontos

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Direção Cristalográficas

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Planos Cristalográficos

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Cristais Hexagonais

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[u’ v’ w’] [u v t w]

Arranjos Atômicos

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Materiais Cristalinos e Não-Cristalinos

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Monocristais

• Arranjo periódico e repetido dos átomos é

perfeito, sem interrupções.

• As células unitárias possuem a mesma

orientação.

• Encontrados na natureza, mas também pode

ser produzidos artificialmente.

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Policristalinos

• Composto por um conjunto de diversos cristais ou

grãos.

• Os cristais possuem orientações cristalográficas

aleatórias.

• Os grãos crescem pela adição sucessiva de átomos à

sua estrutura.

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• Contorno de grão é a interface que separa dois grãos

adjacentes que possuem orientações cristalográficas

diferentes.

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Anisotropia

• Exibe diferentes valores de uma propriedade em diferentes direções cristalográficas.

• Elasticidade , condutividade elétrica e o índice de refração.

• Isotrópico possui valores idênticos de uma propriedade em todas as direções cristalográficas.

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Metal Módulo de Elasticidade (Gpa)

[100] [110] [111]

Alumínio 63,7 72,6 76,1

Cobre 66,7 130,3 191,1

Ferro 125,0 210,5 272,7

Tungstênio 384,6 384,6 384,6

Difração de Raio X

• Interferência construtiva de feixes de raios X que são espalhados pelos átomos de um cristal.

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Técnicas de Difração de Raio X

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T= fonte de raio X, S = amostra, C = detector e O = eixo ao redor.

Exemplo

• Para o Ferro estrutura cristalina CCC, o parâmetro da rede para o Fe 0,2866 nm. Usada uma radiação monocromática com comprimento de onda de 0,1790 nm e que a ordem de reflexão seja 1.

– calcule espaçamento interplanar

– O ângulo de difração para o conjunto de planos (220)

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