Ciência dos Materiais

Lorena Santos Bertranda

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Conceitos Fundamentais

Estrutura cristalina: Determinam muitas das propriedades dos sólidos cristalinos. Existem

um grande número de estruturas cristalinas diferentes. Estas estruturas variam desde

simples (metais) a estruturas muito complexas, como o caso dos materiais cerâmicos e

poliméricos;

Retículo: Uma matriz tridimensional de pontos que coincidem com as posições

dos átomos;

Célula unitária: é o menor agrupamento de átomos representativo de uma determinada

estrutura cristalina específica;

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Conceitos Fundamentais

Sólido cristalino: compostos por átomos, moléculas ou íons arranjados de uma forma

periódica em três dimensões. As posições ocupadas seguem uma ordenação que se repete

para grandes distâncias atômicas (de longo alcance), de modo que quando ocorre a

solidificação os átomos se posicionarão em um padrão tridimensional.

Sólido amorfo: Não possuem arranjo atômico regular e sistemático ao longo de distâncias

atômicas relativamente grandes, mas apresentar uma ordenação de curto alcance.

24/08/2013 Figura 1: Diferença entre um arranjo ordenado (cristalino) e um não-cristalino.

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Conceitos Fundamentais

24/08/2013 Figura 2: Célula unitária.

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Sistemas Cristalinos

24/08/2013 Figura 3: Sistemas cristalinos existentes.

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Estrutura Cristalina

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Cúbica de corpo

centrado (CCC)

Cúbica de face

centrada (CFC)

Hexagonal

Compacta

Figura 4: Principais estruturas dos sólidos cristalinos.

Determina muitas das propriedades dos sólidos cristalinos. Existem um grande número

de estruturas cristalinas diferentes. Estas estruturas variam desde simples (metais) a

estruturas muito complexas, como o caso dos materiais cerâmicos e poliméricos.

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Número de coordenação em uma célula CFC

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Relaciona o comprimento da aresta com o raio atômico. Com este dado é possível

calcular o volume da célula.

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Parâmetro de rede para uma célula CFC

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Relaciona o comprimento da aresta com o raio atômico. Com este dado é possível

calcular o volume da célula.

Figura 5: Célula CFC.

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Número de átomos por célula para uma célula CFC

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Átomos compartilhados entre as células:

• 1/8 dos átomos em cada canto;

• 1/2 dos átomos no centro de cada face.

Em cada célula unitária temos (1/8 * 8) + (1/2 * 6) = 4 átomos .

Figura 6: Célula CFC.

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Fator de empacotamento atômico

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Cálculo do volume das esferas e da célula unitária CFC:

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Célula CCC

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Célula HC

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Quadro resumo

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Estrutura cristalina Átomos por célula Parâmetro de rede Fator de empacotamento

CCC 2 4R/(3)1/2 0,68

CFC 4 4R/(2)1/2 0,74

HC 4 Razão c/a= 1,633 0,74

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Densidade

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Densidade verdadeira (ρ): de um sólido metálico através do conhecimento da sua

estrutura cristalina é obtido pela relação:

n = Número de átomos associados a cada célula unitária;

A = Peso atômico;

VC = Volume da célula unitária;

NA = Número de Avogadro (6,023x10^23 átomos/mol).

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Polimorfismo

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Alguns metais e não metais podem ter mais de uma estrutura cristalina dependendo da

temperatura e pressão. Geralmente as transformações polimórficas são acompanhadas

de mudança na densidade e mudanças de outras propriedades físicas.

Exemplo:

Polimorfismo do ferro.

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Polimorfismo

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Alotropia

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É a propriedade que alguns elementos quimicos podem dar origem a substâncias simples

diferentes. Qumicamente são formados por apenas um elemento quimico, mas com

propriedades fisico-quimicas completamente diferentes.

Exemplo:

Carbono: Grafite, Diamante e Fulereno (artificial)

Obrigada!

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