Por que Estudar Imperfeiçõ es em Sólidos?

As propriedades de alguns materiais são profundamente influenciadas pela presença de imperfeições. Conseqüentemente, é importante ter conhecimento sobre os tipos de imperfeições que existem e sobre os papéis que elas representam ao afetar o comportamento dos materiais. Por exemplo, as propriedades mecânicas de metais puros experimentam alterações significativas quando estes são ligados (isto é, quando átomos de impurezas são adicionados) — por exemplo, a prata de lei (92,5% prata- 7,5% cobre) é muito mais dura e resistente do que a prata pura. Ainda, os dispositivos microeletrônicos de circuitos integrados encontrados em nossos computadores, calculadoras e utensílios domésticos funcionam devido a concentrações rigorosamente controladas de impurezas específicas que são incorporadas em regiões pequenas e localizadas de materiais semicondutores.

DEFEITOS PONTUAIS LACUNAS E AUTO-INTERSTICIAIS

Todos os sólidos cristalinos contêm lacunas. Na realidade, não é possível criar um material que esteja isento desse tipo de defeito. A necessidade da existência de lacunas é explicada utilizando-se os princípios da termodinâmica; essencialmente, a presença de lacunas aumenta a entropia (isto é, aleatoriedade) do cristal.

IMPUREZAS EM SÓLIDOS Um metal puro que consista em apenas um tipo de átomo é simplesmente impossível; impurezas ou átomos estranhos estarão sempre presentes, e alguns irão existir como defeitos cristalinos pontuais. Os metais mais familiares não são altamente puros; ao contrário, eles são ligas, nas quais os átomos de impurezas foram adicionados intencionalmente para conferir características específicas ao material. Ordinariamente, a formação de ligas é utilizada em metais para aumentar a sua resistência mecânica e sua resistência à corrosão. Por exemplo, a prata de lei é uma liga composta por 92,5% de prata e 7,5% de cobre. Em condições de ambiente normais, a prata pura é altamente resistente à corrosão, mas também é muito macia. A formação de uma liga com o cobre aumenta significativamente a resistência mecânica, sem diminuir em quantidade apreciável a resistência à corrosão.

IMPERFEIÇÕES DIVERSAS DISCORDÂNCIAS — DEFEITOS LINEARES Uma discordância é um defeito linear ou unidimensional em torno do qual alguns dos átomos estão desalinhados. Um tipo de discordância está representado na Figura a seguir, uma porção extra de um plano de átomos, ou semiplano, cuja aresta termina no interior do cristal. Isto é conhecido por discordância aresta; este é um defeito linear que está centralizado em torno da linha que fica definida ao longo da extremidade do semiplano de átomos adicional. Isto é alguma vezes conhecido por linha da discordância, que, para a discordância aresta mostrada na figura, é perpendicular ao plano da página. Dentro da região em torno da linha da discordância existe uma distorção localizada da rede cristalina. Os átomos acima da linha da discordância na Figura são pressionados uns contra os outros, e os átomos abaixo são puxados um para longe do outro; isso está refletido na ligeira curvatura para os planos de átomos verticais à medida que eles se curvam em torno deste semiplano.

DEFEITOS INTERFACIAIS Os defeitos interfaciais são contornos que possuem duas dimensões e normalmente separam as regiões dos materiais que possuem diferentes estruturas cristalinas e/ou orientações cristalográficas. Essas imperfeições incluem as superfícies externas, os contornos de grão, contornos de macia, falhas de empilhamento e os contornos de fases.

Exercícios 1. Qual é a composição, em porcentagem atômica, de uma liga que consiste em 30% Zn e 70% Cu? 2. Qual é a composição, em porcentagem em peso, de uma liga que consiste em 6% Pb e 94% Sn?