Tecnologia Dos Materiais

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1 Tecnologia Dos Materiais Aula 2: Estrutura Cristalina Conceitos Fundamentais Célula Unitária

2 Estrutura Cristalina Por que estudar? As propriedades de alguns materiais estão diretamente associadas à sua estrutura cristalina. Explica a diferença significativa nas propriedades de materiais cristalinos e não cristalinos de mesma composição

3 Conceitos Fundamentais Os materiais sólidos podem ser classificados em cristalinos ou não-cristalinos de acordo com a regularidade na qual os átomos ou íons se dispõem em relação à seus vizinhos. Material cristalino: é aquele no qual os átomos encontram-se ordenados sobre longas distâncias atômicas formando uma estrutura tridimensional que se chama de rede cristalina. Materiais não-cristalinos: não existe ordem de longo alcance na disposição dos átomos.

4 Conceitos Fundamentais Estruturas Cristalinas

5 Célula Unitária Consiste num pequeno grupos de átomos que formam um modelo repetitivo ao longo da estrutura tridimensional. A célula unitária é escolhida para representar a simetria da estrutura cristalina.

6 Célula Unitária Os átomos são representados como esferas rígidas. Célula Unitária

7 Célula Unitária Três estruturas cristalinas são comumente encontradas nas maiorias dos materiais, são elas: Cúbica de corpo centrado (CCC) Cúbica de face centrada (CFC) Hexagonal compacta ( HC)

8 Fator de Empacotamento Atômico (FEA) O FEA representa a fração do volume de uma célula unitária que corresponde a esfera sólida. FEA = Volume de átomos em uma célula unitária Volume total da célula unitária

9 Cúbica de Corpo Centrado (CCC) a CCC = 4R /(3) 1/2 Onde: a aresta da célula R Raio atômico do elemento Na CCC cada átomo dos vértices do cubo é dividido com 8 células unitárias. Já o átomo do centro pertence somente a sua célula unitária. Número de átomos por célula: 2 Exemplos: Fe, Cr e W.

10 FEA Para Uma Célula CCC

11 Cúbica de Face Centrada (CFC) a CFC = 2R. (2) 1/2 Onde: a aresta da célula R Raio atômico do elemento. Na CFC cada átomo dos vértices do cubo é dividido com 8 células unitárias. Já os átomos das faces pertencem somente a duas células unitárias. Número de átomos por célula: 4 Exemplos: Al, Cu e Pb, Ag e Ni.

12 FEA Para Uma Célula CFC

13 Hexagonal Compacta (HC) O sistema HC é o mais comum nos métais Exemplos: Mg, Zn.

14 Hexagonal Compácta (HC) Cada átomo tangencia 3 átomos da camada de cima, 6 átomos no seu próprio plano e 3 na camada de baixo do seu plano. O número de coordenação para a estrutura HC é 12 e, portanto, o fator de empacotamento é o mesmo da cfc, ou seja, 0,74.

15 RAIO ATÔMICO E ESTRUTURA CRISTALINA DE ALGUNS METAIS

16 CÁLCULO DA DENSIDADE O conhecimento da estrutura cristalina permite o cálculo da densidade: ρ = na. VcNA n= número de átomos da célula unitária A= peso atômico Vc= Volume da célula unitária NA= Número de Avogadro (6,02 x átomos/mol)

17 Exercícios 1. Calcular o volume de uma célula unitária CFC em termos do raio atômico R. 2. Mostrar que o fator de empacotamento atômico para a estrutura cristalina CFC é de 0, O cobre possui um raio atômico de 0,128 nm, uma estrutura cristalina CFC, e um peso atômico de 63,5g/mol. Calcular sua densidade teórica e comparar a resposta com sua densidade medida experimentalmente (8,94g/cm2).

18 Tabela Resumo Átomos por célula Parâmetro de Rede (a) Fator de Empacotamen to CCC 2 4R/(3) 1/2 0,68 CFC 4 2R.(2) 1/2 0,74 HC 6 2R 0,74