Centro Universitário da Fundação Educacional de Barretos
Princípio de Ciências dos Materiais
Prof.: Luciano H. de Almeida
Estrutura Cristalina
� Porque estudar estrutura atômica?� Ligação atômica e as propriedades dos materiais
Ex.: Grafite e diamante
� Propriedades de materiais sólidos dependem do arranjo e do tipo de ligações atômicas
� Estrutura atômica
� Átomos formados por núcleo e eletrosfera
� Modelos Bohr e Mecânico-ondulatório
Estrutura Cristalina
Callister, 7ª Edição, 2007
� Configuração eletrônica �distribuição dos elétrons
Estrutura Cristalina
� Linhas � períodos
� Colunas � grupos
� Elementos do mesmo grupo �similar estrutura de valência � similar propriedades físicas e químicas
Estrutura Cristalina
Estrutura Cristalina
� Elementos eletropsitivos � metais � doam elétrons
� Elementos eletronegativos � aceitam elétrons
� Eletronegatividade aumenta da esquerda para a direita e de baixo para cima
Estrutura Cristalina
Estrutura Cristalina
Estrutura Cristalina
� Ligação atômica� Entendimento de propriedades físicas
� Ligação iônica� Ligação covalente �Ligações primarias� Ligação metálica
� Ligação de Van der Waals � Ligações secundarias
� Ligação iônica� Materiais compostos de elementos metálicos e
não-metálicos� Configuração estável
Ex.: Cloreto de sódio (NaCl)
� Ligação não-direcional
Estrutura Cristalina
� Ligação iônica
� Forte energia de ligação� Materiais cerâmicos� Altas temperaturas de fusão� Duros e frágeis� Isolantes térmicos e elétricos
Estrutura Cristalina
� Ligação covalente� Compartilhamento de elétrons� Ligação direcional
Estrutura Cristalina
� Ligação covalente� Moléculas elementares � H2, Cl2� Moléculas CH4, H2O, HNO3
� Sólidos elementares C (diamante), Si e Ge� Compostos Sólidos SiC, GaAs� Ligações possíveis
8 – NN = elétrons de valência
Estrutura Cristalina
� Ligação covalente� Muito forte (diamante) ou muito fracas (bismuto)� Materiais poliméricos exibem esta ligação� Compostos orgânicos� Materiais exibem os dois tipos de ligação (iônica e
covalente
Estrutura Cristalina
� Ligação metálica� Metais e ligas� Elétrons de valência
livres (nuvem de elétrons)
Estrutura Cristalina
� Ligação metálica� Muito forte (W) ou muito fracas (Hg)� Elementos dos Grupos IA e IIA e todos o metais
elementares� Bons condutores de eletricidade e calor
Estrutura Cristalina
� Ligação de Van der Waals� Ligações fracas� Presentes em moléculas � Evidenciada nos gases inertes
Estrutura Cristalina
� Ligação de Van der Waals
Estrutura Cristalina
Estrutura Cristalina
� Sólidos cristalinos� Periodicidade de longo alcance� Amorfo ou não-cristalino ausência de
regularidade de longo alcance� Diversos tipos de estruturas � Metais estrutura simples� Cerâmicas estruturas mais complexas� Rede � estrutura cristalina
Estrutura Cristalina
Estrutura Cristalina
� Sólidos cristalinos� Cela unitária menor conjunto ordenado de átomos� Representa a estrutura cristalina do material
Estrutura Cristalina
Estrutura Cristalina
Estrutura Cristalina
� Estrutura cristalina metálica� Ligação metálica � não direcional � sem
restrições ao número de átomos vizinhos� Empacotamento denso de átomos� Estrutura cúbica de face centrada (CFC)aresta
a = 2R √2
R = raio atômico
Estrutura Cristalina
� Estrutura cristalina metálica� Número de coordenação� Fator de empacotamento
Estrutura Cristalina
� Estrutura cristalina metálica� Estrutura cúbica de corpo centrado (CCC)
Estrutura Cristalina
� Estrutura cristalina metálica� Estrutura hexagonal compacta (HC)
Estrutura Cristalina
Estrutura Cristalina
� Densidade teórica� Cálculo feito a partir da estrutura cristalina
n = nº de átomos em cada cela unitáriaA = peso atômicoVc = volume da celaNA = nº de Avogadro (9,02 x 1023 átomos/mol
ACN V
An =ρ
� Polimorfismo e alotropia� Materiais com mais de uma estrutura cristalina� Estrutura depende tanto da temperatura quanto
pressão� Ferro CCC a temperatura ambiente � ferro CFC
a 912 ºC� Podem ocorrer mudanças de densidade e outras
propriedades
Estrutura Cristalina