ESTRUTURA DOS SÓLIDOS CRISTALINOS CAP. 03

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1 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA ESTRUTURA DOS SÓLIDOS CRISTALINOS CAP. 03 CMA CIÊNCIA DOS MATERIAIS 2º Semestre de 2014 Prof. Júlio César Giubilei Milan

2 Materiais sólidos classificados de acordo com a regularidade segundo a qual os átomos (ou íons) estão arranjados uns em relação aos outros; MATERIAIS CRISTALINOS arranjo se repete ao longo de grandes distâncias atômicas Todos os metais - muitos materiais cerâmicos - certos polímeros -

3 AMORFO ou NÃO CRISTALINO ordem de longo alcance está ausente Propriedades dos materiais relacionada com suas estruturas; Grande número de estruturas cristalinas diferentes Metais simples Cerâmicas e polímeros complexas Átomos ou íons esferas sólidas com diâmetro bem definido

4 Retículo ou Rede cristalina matriz tridimensional de pontos que coincidem com as posições dos átomos (ou com os centros das esferas).

5 Célula unitária Pequenas unidades que se repetem; Maioria paralelepípedos ou prismas com 3 conjuntos de faces paralelas; Unidade estrutural básica (bloco construtivo) e define a estrutura cristalina; Vértices coincidem com o centro dos átomos.

6 Representação da célula unitária através de esferas rígidas Callister

7 ESTRUTURA CRISTALINA DOS METAIS Ligação metálica não tem restrições em relação ao número e posição de vizinhos mais próximos; Número grande de vizinhos próximos;

8 Maioria dos metais ESTRUTURA DOS SÓLIDOS CRISTALINOS Cúbico de corpo centrado CCC (do inglês BCC) Cúbico de face centrada CFC (do inglês FCC) Hexagonal compacto HC Tab. Raios atômicos e estruturas cristalinas para 16 metais Raio Estrutura Metal atômico Metal cristalina (nm) (do inglês HCP) Estrutura cristalina Raio atômico (nm) Alumínio CFC Molibdênio CCC Cadmio HC Níquel CFC Cromo CCC Platina CFC Cobalto HC Prata CFC Cobre CFC Tântalo CCC Ouro CFC Titânio HC Ferro CCC Tungstênio CCC Chumbo CFC Zinco HC Callister

9 Estrutura cristalina Cúbica de Faces Centradas, CFC Ex.: Cu, Al, Ag, Au Representação da célula unitária através de esferas rígidas Uma célula unitária com esferas reduzidas Callister

10 Representação da célula unitária através de esferas rígidas para a estrutura cristalina cúbica de faces centradas Callister

11 (A) Representação da célula unitária cúbica de faces centradas através do modelo de esferas rígidas, (B) mesma célula com um átomo removido para mostrar o plano octaédrico e (C) direções diagonais.

12 R raio do átomo d diagonal a a parâmetro de rede (lado do quadrado) a -? V -?

13 Cada átomo do vértice é compartilhado por 8 células unitárias Átomo da face 2 células unitárias Posição dos vértices e das faces são equivalentes. Quantos átomos inteiros em cada célula? 4

14 Número de coordenação Número de átomos vizinhos mais próximos ou átomos em contato Qual o número de coordenação de uma célula CFC? 12

15 Fator de Empacotamento Atômico - FEA Fração do volume da célula unitária que corresponde a esferas sólidas Fator de Empacotamento Atômico de uma célula CFC? FEA Volume _ dos _ átomos _ de _ uma _ célula _ unitária Volume _ total _ da _ célula _ unitária FEA CFC = 0,74

16 Estrutura cristalina Cúbica de Corpo Centrado, CCC Representação da célula unitária através de esferas rígidas, CCC Uma célula unitária com esferas reduzidas Callister

17 Representação da célula unitária através de esferas rígidas para a estrutura cristalina cúbica de corpo centrado Callister

18 (A) célula unitária cúbica de corpo centrado, (B) oito células unitárias cúbicas de corpo centrado e (C) vista em corte de uma célula unitária cúbica de corpo centrada.

19 R raio do átomo d diagonal a a parâmetro de rede (lado do quadrado) a -? V -?

20 CCC Cada átomo do vértice é compartilhado por quantas células unitárias? Qual o número de coordenação de uma célula CCC? Quantos átomos inteiros em cada célula? Qual o fator de empacotamento atômico?

21 Hexagonal compacto - HC Uma célula unitária com esferas reduzidas Agregado de muitos átomos através de esferas rígidas, HC Callister

22 Hexagonal compacto - HC ESTRUTURA DOS SÓLIDOS CRISTALINOS c/a = 1,633 Em alguns metais esta relação apresenta um desvio em relação a este valor ideal

23 HEXAGONAL COMPACTA

24 Cada átomo do vértice é compartilhado por quantas células unitárias? Quantos átomos inteiros em cada célula? Qual o fator de empacotamento atômico?

25 Massa Específica Massa específica teórica para metais na V N C A Onde: n número de átomos associados a cada célula unitária A peso atômico V C volume da célula unitária N A número de Avogadro (6,022 x átomos/mol)

26 POLIMORFISMO E ALOTROPIA Polimorfismo mesmo metal pode ter mais de uma estrutura cristalina; Alotropia condição em sólidos elementares; Ex.: Ferro puro Temperatura ambiente - CCC (ferro ) Acima de 912 C CFC (ferro ) Mudanças de densidade e outras propriedades

27 SISTEMAS CRISTALINOS Divisão das estruturas cristalinas em grupos muitas estruturas; Geometria da célula unitária; Geometria definida por 6 parâmetros: comprimento das três arestas, a, b e c três ângulos entre os eixos, e PARÂMETROS DE REDE

28 SISTEMAS CRISTALINOS Sete possíveis combinações diferentes de a, b, c,, e sistemas cristalinos possíveis Cúbico Tetragonal Hexagonal Ortorrômbico Romboédrico Monoclínico Triclínico

29 Tab. Relações entre parâmetros de rede e figuras mostrando as geometrias das células unitárias para sete sistemas cristalinos Callister Cúbico Hexagonal Tetragonal

30 Romboédrico Ortorrômbico Monoclínico Triclínico

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