Estrutura cristalina dos metais

Os materiais se dividem em amorfos e cristalinos: Material cristalino (a): ordem a longa distância Material amorfo (b): ordem a curta distância

São sete sistemas cristalinos

Definições importantes Célula unitária: Pequeno (o menor) grupo de átomos que formam um padrão repetitivo representativo da estrutura cristalina. Número de coordenação: número de vizinhos mais próximos, que estão em contato, realizando ligações químicas entre eles. Fator de empacotamento atômico: É o volume dos átomos dividido pelo volume da célula unitária

Número de átomos por célula unitária: Sistema cúbico - Átomo no vértice da célula unitária cúbica:compartilhado por sete células unitárias em contato somente 1/8 de cada vértice pertence a uma célula particular. - Átomo centrado na face: compartilhado por duas células unitárias

Estrutura cúbica simples Número de coordenação = 6 Fator de empacotamento=0,52 Não há exemplos de metais puros, fator de empacotamento muito baixo

Número de coordenação = 6

Número de coordenação CÚBICO SIMPLES NC = 6

Representação esquemática da estrutura cúbica de faces centradas (c. f Representação esquemática da estrutura cúbica de faces centradas (c.f.c.)

Número de coordenação CÚBICO DE FACE CENTRADA NC = 12

Relação entre raio atômico e parâmetro de rede para o sistema C.F.C. Contato entre os átomos ocorre através da diagonal da face da célula unitária dface2 = ao2 + ao2 (4r)2 = 2ao2 ao = 4r 21/2

Cálculo do fator de empacotamento para uma estrutura C.F.C. Quatro átomos por célula unitária Número de coordenação= 12 Fator de empacotamento=0,74(os átomos “se tocam” na diagonal da face) Sistema chamado de empacotamento fechado Ex. Fe (acima de 912º C) Al,Cu,Pb,Ni, Ag,Au,Pd,Pt,etc...

Representação esquemática da estrutura cúbica de corpo centrado (c. c Representação esquemática da estrutura cúbica de corpo centrado (c.c.c.)

Número de coordenação CÚBICO DE CORPO CENTRADO NC = 8

Relação entre raio atômico e parâmetro de rede para o sistema C.C.C. dcubo2 = ao2 + dface2 (4r)2 = 3ao2 ao = 4r 31/2 Contato entre os átomos ocorre através da diagonal do cubo da célula unitária

Características do sistema cúbico de corpo centrado Dois átomos por célula unitária Número de coordenação = 8 Fator de empacotamento = 0,68 (os átomos “se tocam”na diagonal principal do cubo) Ex: Fe (até 912º C), Li, Na, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb etc...

Representação esquemática da estrutura hexagonal compacta (hc)

Representação esquemática da estrutura hexagonal compacta (hc) Cada átomo do vértice da base está dividido em 6 células unitárias. Cada átomo no centro das bases está dividido em duas células unitárias. Os 3 do centro estão integralmente dentro da célula.

Características do sistema hexagonal compacto Seis átomos por célula unitária Número de coordenação= 12 Fator de empacotamento=0,74 Sistema chamado de empacotamento fechado Ex.: Zn, Mg, Ti, Co, Cd, Be, Zr, etc...

Representação esquemática da estrutura hexagonal compacta (hc)

HEXAGONAL COMPACTO NC = 12

Alotropia ou Polimorfismo Quando um metal apresenta mais de um sistema cristalino em função da temperatura e/ou pressão. 40% dos átomos apresentam alotropia

Alotropia ou Polimorfismo . Exemplo do ferro: C.C.C. até 912ºC com parâmetro de rede de 2,88 Ǻ (2 átomos dentro da célula) C.F.C. de 912ºC até 1390ºC com parâmetro de rede 3,64 Ǻ (4 átomos em cada célula unitária, logo parâmetro de rede maior) C.C.C. de 1390 até 1536ºC com parâmetro de rede de 2,93 Ǻ (2 átomos dentro da célula, maior temperatura maior parâmetro de rede) .

Monocristal de fluorita que cristalizou sem restrições mostrando a forma da célula unitária externamente