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.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.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