A4 – Estrutura cristalina –perfeição

Muitos dos materiais aplicados em engenharia têm estrutura cristalina: os átomos do material estão dispostos de modo regular e repetitivoTEM

Estrutura cristalina

Uma estrutura cristalina pode ser descrita como umpadrão (pattern) gerado pela repetição duma unidadeestrutural. A unidade estrutural mais simples é a célula unitária

A célula unitária contém a descrição completa da estrutura.A estrutura completa pode sergerada por empilhamento de células unitárias

Os 7 sistemas cristalinos

Há apenas 7 formas de célulasunitárias distintas que podem serempilhadas para encher o espaço tridimensional

As 14 redes de Bravais

Para considerar como é que osátomos (vistos como esferasrígidas) se vão posicionar numacélula unitária vamos seguir2 passos.

O primeiro é considerar o arranjo tridimensional de pontos de uma rede

Há 14 redes cristalinas possíveis(redes de Bravais)

Estas redes são “esqueletos”onde, nas estruturas cristalinasvamos colocar os átomos oumoléculas

A estrutura cristalina

Estrutura cristalina =Rede cristalina + Motivo (átomo,molécula, em cada ponto da rede com a mesma orientação)

Estruturas cristalinas de metaisA maioria dos metais elementare estão em uma de três estruturas cristalinas

Estrutura cúbica de corpo centrado(ccc/bcc)

Factor de empacotamento atómico(atomic packing factor, APF) é 0.68(fracção do volume da célula unitáriaocupada pelos dois átomos)

Estruturas cristalinas de metais

Estrutura cúbica de facescentradas(cfc/fcc)

APF=0.74 (valor máximo possívelpara encher o espaço através doempacotamento de esferasrígidas iguais)

Estruturas cristalinas de metaisEstrutura hexagonal compacta(hc)

2 átomos associadosa cada ponto da redede Bravais

APF=0.74

Estruturas cristalinas de metais

fcc: ABCABCABC... hc: ABABABAB...

Estruturas cristalinas de cerâmicosOs compostos cerâmicos têm uma grande variedade de composições químicas, e esta variedade reflecte-se nas suas estruturas cristalinas. Vamos apenas listar algumasdas mais importantes e representativas

Estrutura do cloreto de césio (CsCl)

MX

Estruturas cristalinas de cerâmicos

Estrutura do cloretode sódio (NaCl)

MX

Estruturas cristalinas de cerâmicos

MX2

Estrutura da fluorite (CaF2) três iões (1 Ca2+ e 2 F- ) associados a cada ponto da rede

Silica (SiO2)

Talvez o composto cerâmico mais importante

Tem várias estruturaspossíveis sob diferentescondições de temperaturae pressão

Estrutura da cristobalite(SiO2)

6 iões (2 Si4+ e 4 O2-) associadosa cada ponto da rede fcc

A estruturas da sílica em geralsão redes de tetraedros SiO4

4-

em que os iões O2- são partilhadospor tetraedros adjacentes MX2

Pode ser vistacomo uma estruturade diamante com umtetraedro em cadaponto da rede

Alumina (Al2O3)

M2X3

Estrutura da alumina(corundum)

30 átomos por ponto da redee por célula unitária

Aproximada por camadashexagonais compactas de O2-

com 2/3 dos interstícios octaédricos (pequenos) entreas camadas cheios de Al3+

Perovskite (CaTiO3)M’M’’X3

BaTiO3: distorção da estruturadá origem a um dipolo permanente- material ferroeléctrico

Estrutura de polímeros cristalinosA maior parte dos plásticos comerciais são não-cristalinos: o arranjo das longas moléculas de polímeros num padrão regular e repetitivo é difícil.

Nas regiões da microestrutura que são cristalinas, a estrutura tende a ser muitocomplexa

No polietileno, podem-se formar finas plaquetas ordenadas

Polietileno cristalino composto por cadeias de polietileno dispostasnuma célula unitária ortorrômbica.

Estruturas de semicondutores

Estrutura do diamante

Acomoda a configuração tetraédrica das ligações dos elementos do grupo IVa

Estruturas de semicondutores

Estrutura de blenda de zinco (zincblend, ZnS)

Próximas aulas

[Estrutura dos materiais]Estrutura não cristalina – imperfeição

Próxima aula prática:- discussão do TPC2- posições, direcções e planos num cristal- difracção de raios-X