Ciência dos materiais Aula 3. Profª Mª Patrícia Cristina Costa Ladeira

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1 Ciência dos materiais Aula 3 Profª Mª Patrícia Cristina Costa Ladeira patricia.ladeira@educadores.net.br patricia.ladeira@yahoo.com.br

2 Recapitulando 2 Na Unidade 1 nós vimos: Aspectos históricos da Ciência dos Materiais; Classificação dos materiais: metais, polímeros, cerâmicas, compósitos e materiais avançados; O que a Ciência dos Materiais estuda; Estrutura atômica e ligações químicas primárias e secundárias.

3 Unidade 2 3 A Unidade 2 contempla: Estrutura cristalina Sistemas cristalinos Imperfeições cristalinas; Difusão.

4 Hoje - Estrutura cristalina 4 Arranjo tridimensional dos átomos em um material; Célula unitária: conceito, volume, número de átomos; Número de coordenação; Fator de empacotamento atômico (FEA) e Densidade.

5 Estrutura cristalina 5 Composição Propriedades dos materiais Ligações interatômicas Estrutura cristalina

6 Estrutura cristalina 6 Estrutura cristalina Arranjo dos átomos no material sólido Altamente ordenada Padrões simétricos

7 Tipos de sólidos 7 Sólido cristalino Apresenta arranjo tridimensional com padrão repetitivo por longas distâncias formando uma rede cristalina. O padrão que se repete é chamado de CÉLULA UNITÁRIA Sólido amorfo Não apresenta a formação de uma rede cristalina, possuindo arranjo aleatório de seus átomos e moléculas

8 Tipos de sólidos 8 Fonte: Simêncio, 2016

9 Célula unitária 9 Menor unidade de repetição do sólido cristalino Descreve completamente o padrão de uma estrutura Fonte: Simêncio, 2016

10 Célula unitária 10 Os metais podem ter as seguintes estruturas: Cúbica simples (CS) - Po Cúbica de corpo centrado (CCC) Cr, Fe alfa, Mo, Ta, W, etc Cúbica de face centrada (CFC) Al, Pb, Cu, Ni, Au, Pt, Ag, etc Hexagonal compacta (HC) Cd, Co, Ti alfa, Zn, etc

11 Estrutura CS 11 Cubo com um átomo em cada vértice Fonte: Callister e Rethwisch, 2016

12 Estrutura CS 12 Cada átomo pertence a oito células vizinhas, portanto, apenas 1/8 de cada é atribuído à célula unitária, resultando-se em 1 átomo por célula Fonte: Simêncio, 2016 Fonte: Callister e Rethwisch, 2016

13 Estrutura CS 13 O número de coordenação dessa estrutura, que é igual à quantidade de átomos vizinhos é 6 Fonte: Simêncio, 2016

14 Estrutura CCC 14 Essa estrutura apresenta um átomo em cada vértice e um no centro da célula Fonte: Callister, 2007

15 Estrutura CCC 15 Atribui-se 1/8 de cada átomo dos vértices e o átomo central inteiro à célula, resultando-se em 2 átomos por célula Fonte: Callister, 2007

16 Estrutura CCC 16 O número de coordenação é igual a 8 Fonte: Simêncio, 2016

17 Estrutura CFC 17 Essa estrutura apresenta um átomo em cada vértice e um em cada face do cubo Fonte: Callister, 2007

18 Estrutura CFC 18 Atribui-se 1/8 de cada átomo dos vértices e 1/2 átomo em cada face, resultando-se em 4 átomos por célula Fonte: Callister, 2007

19 Estrutura CFC 19 O número de coordenação é igual a 12 Fonte: Simêncio, 2016

20 Estrutura HC 20 Essa estrutura apresenta duas faces hexagonais com um átomo em cada vértice e um no centro. Entre essas faces há um plano com três átomos Fonte: Callister, 2007

21 Estrutura HC 21 São atribuídos por célula: 1/6 de cada átomo dos vértices, 1/2 átomo de cada face e os átomos centrais inteiros, resultando-se em 6 átomos por célula Fonte: Simêncio, 2016

22 Estrutura HC 22 O número de coordenação dessa estrutura é igual a 12 Fonte: Simêncio, 2016

23 Propriedades das células 23 Cada célula podemos determinar: Comprimento das arestas; Volume; Fator de empacotamento atômico Estrutura Átomos Aresta Volume FEA CS 1 2R 8R 3 0,52 CCC 2 4R 3 64R ,68 CFC 4 2R 2 16R 3 2 0,74 HC 6 a = 2R c 1,633. a Fonte: Simêncio, R 3 2 0,74

24 Determinando a aresta da célula CFC 24 Os átomos se tocam na direção da diagonal da face, resultando em um comprimento igual a 4R a 2 + a 2 = 4R 2 Resolvendo a equação para a Fonte: Callister, 2007 a = 4R 2

25 Determinando o volume da célula CFC 25 Como a célula é cúbica, seu volume (V c ) é dado por: V c = a 3 V c = 4R 2 3 V c = 16R 3 2 Fonte: Callister, 2007

26 Fator de empacotamento atômico (FEA) 26 O fator de empacotamento atômico (FEA) é a razão entre a soma dos volumes de cada átomo de uma célula e o volume total da célula FEA = volume dos átomos em uma célula unitária volume total da célula unitária O FEA indica quanto do volume total está ocupado por átomos

27 Determinando o FEA para a célula CFC 27 Devemos determinar o volume ocupado pelos átomos: Sendo o átomo uma esfera rígida, seu volume é igual a: V = 4 3 πr3 Como a célula CFC tem 4 átomos, o volume ocupado por todos eles é: V átomos = 16 3 πr3

28 Determinando o FEA para a célula CFC 28 Para determinar o FEA dividiremos o volume dos átomos (V átomos ) pelo volume da célula (V c ) FEA = V átomos V c FEA = FEA = 16 3 πr3 16R 3 2 π 3 2 = 0,74

29 Massa específica 29 ρ = na V C N A Onde: ρ = massa específica teórica (g/cm³) n = número de átomos na célula (átomos/célula) A = peso atômico (g/mol) V c = volume da célula (cm³/célula) N A = constante de Avogadro (6,02x10 23 átomos/mol)

30 Bibliografia 30