A4 Estrutura cristalina perfeição

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Sofia Deluca Caldas
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1 A4 Estrutura cristalina perfeição TEM Muitos dos materiais aplicados em engenharia têm estrutura cristalina: os átomos do material estão dispostos de modo regular e repetitivo

2 Estrutura cristalina A célula unitária contém a descrição completa da estrutura. A estrutura completa pode ser gerada por empilhamento de células unitárias Uma estrutura cristalina pode ser descrita como um padrão (pattern) gerado pela repetição duma unidade estrutural. A unidade estrutural mais simples é a célula unitária

3 Os 7 sistemas cristalinos Há apenas 7 formas de células unitárias distintas que podem ser empilhadas para encher o espaço tridimensional

4 As 14 redes de Bravais Para considerar como é que os átomos (vistos como esferas rígidas) se vão posicionar numa célula unitária vamos seguir 2 passos. O primeiro é considerar o arranjo tridimensional de pontos de uma rede Há 14 redes cristalinas possíveis (redes de Bravais) Estas redes são esqueletos onde, nas estruturas cristalinas vamos colocar os átomos ou moléculas

5 A estrutura cristalina Estrutura cristalina = Rede cristalina + Motivo (átomo, molécula, em cada ponto da rede com a mesma orientação)

6 Estruturas cristalinas de metais A maioria dos metais elementare estão em uma de três estruturas cristalinas Estrutura cúbica de corpo centrado (ccc/bcc) Factor de empacotamento atómico (atomic packing factor, APF) é 0.68 (fracção do volume da célula unitária ocupada pelos dois átomos)

7 Estruturas cristalinas de metais Estrutura cúbica de faces centradas (cfc/fcc) APF=0.74 (valor máximo possível para encher o espaço através do empacotamento de esferas rígidas iguais)

8 Estruturas cristalinas de metais Estrutura hexagonal compacta (hc) 2 átomos associados a cada ponto da rede de Bravais APF=0.74

9 Estruturas cristalinas de metais fcc: ABCABCABC... hc: ABABABAB...

10 Estruturas cristalinas de cerâmicos Os compostos cerâmicos têm uma grande variedade de composições químicas, e esta variedade reflecte-se nas suas estruturas cristalinas. Vamos apenas listar algumas das mais importantes e representativas MX Estrutura do cloreto de césio (CsCl)

11 Estruturas cristalinas de cerâmicos MX Estrutura do cloreto de sódio (NaCl)

12 Estruturas cristalinas de cerâmicos MX 2 Estrutura da fluorite (CaF 2 ) três iões (1 Ca 2+ e 2 F - ) associados a cada ponto da rede

13 Silica (SiO 2 ) Talvez o composto cerâmico mais importante Tem várias estruturas possíveis sob diferentes condições de temperatura e pressão Estrutura da cristobalite (SiO 2 ) Pode ser vista como uma estrutura de diamante com um tetraedro em cada ponto da rede 6 iões (2 Si 4+ e 4 O 2- ) associados a cada ponto da rede fcc A estruturas da sílica em geral são redes de tetraedros SiO 4 4- em que os iões O 2- são partilhados por tetraedros adjacentes MX 2

14 Alumina (Al 2 O 3 ) Estrutura da alumina (corundum) 30 átomos por ponto da rede e por célula unitária Aproximada por camadas hexagonais compactas de O 2- com 2/3 dos interstícios octaédricos (pequenos) entre as camadas cheios de Al 3+ M 2 X 3

15 Perovskite (CaTiO 3 ) M M X 3 BaTiO 3 : distorção da estrutura dá origem a um dipolo permanente - material ferroeléctrico

16 Estrutura de polímeros cristalinos A maior parte dos plásticos comerciais são não-cristalinos: o arranjo das longas moléculas de polímeros num padrão regular e repetitivo é difícil. Nas regiões da microestrutura que são cristalinas, a estrutura tende a ser muito complexa No polietileno, podem-se formar finas plaquetas ordenadas

17 Polietileno cristalino composto por cadeias de polietileno dispostas numa célula unitária ortorrômbica.

18 Estruturas de semicondutores Estrutura do diamante Acomoda a configuração tetraédrica das ligações dos elementos do grupo IVa

19 Estruturas de semicondutores Estrutura de blenda de zinco (zincblend, ZnS)

20 Próximas aulas [Estrutura dos materiais] Estrutura não cristalina imperfeição Próxima aula prática: - discussão do TPC2 - posições, direcções e planos num cristal - difracção de raios-x

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