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ESTRUTURAS CRISTALINAS
Os materiais slidos podem ser classificados em cristalinos ou
no-cristalinosde acordo com a regularidade na qual os tomos
ou ons se dispem em relao seus vizinhos.
Material cristalino aquele no qual os tomos encontram-se
ordenados sobre longas distncias atmicas formando uma
estrutura tridimensional que se chama de rede cristalina
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Todos os metais, muitas cermicas e alguns polmeros formam
estruturas cristalinas sob condies normais de solidificao.
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O Cristal Perfeito - Estrutura Cristalina Muitos materiais - metais, algumas cermicas, alguns
polmeros - ao se solidificarem, se organizam numa rede
geomtrica 3D - a rede cristalina.
Descrio: rede + base
Rede = estrutura geomtrica
Base = distribuio dos
tomos em cada ponto
da rede.
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Estes materiais cristalinos, tm uma estrutura altamente
organizada, em contraposio aos materiais amorfos, nos quais
no h ordem de longo alcance.
Cristal 1
Cristal 2
Fronteira
Estrutura cristalina Estrutura amorfa
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Nos Materiais No-Cristalinos ou Amorfosno existe ordem de
longo alcance na disposio dos tomos.
Ordenamento regular dos tomos Ordenamento somente a curtas distncias
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As propriedades dos materiais slidos cristalinos depende da
estrutura cristalina, ou seja, da maneira na qual os tomos,
molculas ou ons esto espacialmente dispostos.
H um nmero grande de diferentes estruturas cristalinas, desde
estruturas simples exibidas pelos metais at estruturas maiscomplexas exibidas pelos cermicos e polmeros
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Clula Unitria(unidade bsica repetitiva da estrutura tridimensional)
Como a rede cristalina tem uma estrutura repetitiva, possvel
descrev-la a partir de uma estrutura bsica, como um tijolo,
que repetida por todo o espao.
Clulas No-Unitrias
Clula Unitria
Menor tijolo que repetidoreproduz a rede cristalina
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Clula unitria:
Unidade bsica estrutural, ou blocos de
construo da estrutura cristalina do material.
o menor nmero de tomos que representam
a simetria de uma estrutura cristalina.
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Os tomos so representados como esferas rgidas.
Clula Unitria
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Retculo:
Retculo significa uma matriz tridimensional de pontosque coincidem com as posies dos tomos (ou centros
das esferas). Pontos do retculo
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Sistemas Cristalinos
Estes sistemas incluem tdas as possveis geometrias de diviso do
espao por superfcies planas contnuas.
Reticulado
x, y, z = eixos
a, b, c = comprimentos dasarestas
, , = ngulos interaxiais
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Os Sete Sistemas Cristalinos
S existem 7 tipos de clulas unitrias que preenchem
totalmente o espao.
Cbicaa=b=c,
Ortorrmbicaabc,
Tetragonala=bc,
Rombodricaa=b=c,
Monoclnicaabc,
Hexagonal*a=bc,
Triclnicaabc,
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As 14 Redes de Bravais
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POLIMORFISMO OU ALOTROPIA
Alguns metais e no-metais podem ter mais de uma estrutura cristalina
dependendo da temperatura e presso. Esse fenmeno conhecido
como polimorfismo.
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ALOTROPIA DO FERRO
ccc
cfc
ccc
At 910C
De 910-1394C
De 1394C-PF
Na temperatura ambiente, oFerro tm estrutura ccc,nmero de coordenao 8,
fator de empacotamento de0,68 e um raio atmico de1,241.
A 910C, o Ferro passa paraestrutura cfc, nmero decoordenao 12, fator deempacotamento de 0,74 e umraio atmico de 1,292.
A 1394C o ferro passa
novamente para ccc.
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ESTRUTURA CRISTALINA DOS METAIS
Como a ligao metlica no-direcional no h
restries quanto ao nmero e posies dos vizinhosmais prximos.
Ento, a estrutura cristalina dos metais tm geralmente
um nmero grande de vizinhos e alto empacotamento
atmico.
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Trs so as estruturas cristalinas mais comuns em metais:
Cbica de corpo centrado,
cbica de face centrada e
hexagonal compacta.
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Nmero de Coordenao:
Nmero de tomos que tocam um tomo em particular. Ele indica
quo prximos eles esto dentro de uma clula unitria.
a) N.C. = 6
b) N.C. = 8
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SISTEMAS CBICOSEstrutura Cristalina Cbica Simples(CS)
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RELAO ENTRE O RAIO ATMICO (R) E OPARMETRO DE REDE (a) PARA O SITEMACBICO SIMPLES
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FATOR DE EMPACOTAMENTO ATMICO PARA
CBICO SIMPLES
Vol. dos tomos=nmero de tomos x Vol. Esfera (4
R3/3)
Vol. Da clula=Vol. Cubo = a3
Fator de empacotamento = 4R3/3
(2R) 3
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Estrutura Cristalina Cbica de Corpo Centrado (CCC) Na est. ccc cada tomo dos
vertices do cubo dividido com 8
clulas unitrias.
J o tomo do centro pertence
somente a sua clula unitria.
H 2 tomos por clula unitria na
estrutura ccc
O Fe, Cr, W cristalizam em ccc
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RELAO ENTRE O RAIO ATMICO (R) EO PARMETRO DE REDE (a) PARA OSITEMA CCC
No sistema CCC os
tomos se tocam ao
longo da diagonal do
cubo: (3)1/2
.a=4Raccc= 4R/
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FATOR DE EMPACOTAMENTO ATMICO PARA
CBICO CORPO CENTRADO
Vol. dos tomos=nmero de tomos x Vol. Esfera (4
R3/3)
Vol. Da clula=Vol. Cubo = a3
Fator de empacotamento = 4R3/3
(4R/ 3)3
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Estrutura Cristalina Cbica de Face Centrada (CFC)
Na est. cfc cada tomo dos
vertices do cubo dividido
com 8 clulas unittias
H 4 tomos por clula
unitria na estrutura cfc
o sistema mais comum
encontrado nos metais (Al,
Fe, Cu, Pb, Ag,
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RELAO ENTRE O RAIO ATMICO (R) EO PARMETRO DE REDE (a) PARA OSITEMA CFC
4 tomos/c.u. N. C. = 12
F.E. A. = 0.74
Al, Cu, Au, Pb, Ni, Pt, Ag
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Estrutura Hexagonal Compacta (HC)
Cada tomo tangencia 3 tomos
da camada de cima, 6 tomos no
seu prprio plano e 3 na camada
de baixo do seu plano.
O nmero de coordenao para aestrutura HC 12 e, portanto, o
fator de empacotamento o
mesmo da cfc, ou seja, 0,74.
Relao entre R e a:
a= 2R
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CLCULO DA DENSIDADE
O conhecimento da estrutura cristalina permite o clculo da
densidade ():
= nA
VcNA
n= nmero de tomos da clula unitria
A= peso atmico
Vc= Volume da clula unitria
NA= Nmero de Avogadro (6,02 x 1023tomos/mol)
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RESUMO
Estrutura Cristalina Relao entre tamanho da aresta,a,e o raio atmico r.
Cbica de simples (CS) a = 2r
Cbica de corpo centrada (CCC) a =
Cbica de face centrada (CFC) a = 2r2
4R/ 3
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