Defeitos cristalinos

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CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Defeitos cristalinos e difusão
CURSO: ENGENHARIA MECÂNICA
ANO: 1
SEMESTRE: 1

DEFEITOS CRISTALINOS
Podem ocorrer muitos desvios ou imperfeições a um cristal perfeito,
quando se considera como cristal perfeito aquele que tem uma
estrutura completamente ordenada, com os seus átomos em
posições bem definidas e os eletrões ocupando os níveis de energia
mais baixos.Esses defeitos e imperfeições vão afetar as suas propriedades.
Há uma série de defeitos atómicos, na rede cristalina, que são
classificados de acordo com a sua geometria e forma:
Defeitos pontuais
Defeitos lineares
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Defeitos planares

DEFEITOS PONTUAIS
O defeito pontual mais simples é a lacuna, que corresponde a uma
posição atómica na qual falta um átomo. Neste tipo de desordem, epara manter a neutralidade elétrica, produz-se simultaneamente uma
lacuna catiónica e outra aniónica. Este tipo de defeito é conhecido
por Defeito de Schottky.

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DEFEITOS PONTUAIS
Se, num cristal iónico, um catião se move para um interstício, cria-se
uma lacuna catiónica no local onde o ião se encontrava. Este par
lacuna-intersticial, é designado por Defeito de Frenkel.
Nos metais,este tipo de defeito
introduz grandes distorções na
rede pois o átomo é maior que o
espaço intersticial disponível.
Por isso, a formação deste tipo
de defeitos não é muito provável,
existindo
quantidade.

em

pequena

4

DEFEITOS PONTUAIS
Nos materiais cerâmicos podem existir ambos os defeitos (Schottky
e Frenkel).

Por exemplo, no NaCl podem existir lacunas e intersticiais querde Na
quer de Cl, embora estes últimos sejam muito improváveis pois o
anião Cl- é muito grande.

Estes defeitos são formados mantendo sempre a eletroneutralidade
e a estequiometria do cristal.
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DEFEITOS PONTUAIS
A não estequiometria pode ocorrer nalguns materiais cerâmicos em
que um dos iões possa ter mais que uma valência.

Por exemplo, o Fe pode apresentar-se na forma Fe2+ e Fe3+.No FeO, dependendo das condições de pressão e temperatura, pode
haver a formação de espécies Fe3+, o que vai alterar a neutralidade
elétrica (introdução de uma carga adicional +1).

Este processo tem que ser acompanhado pela formação de uma
lacuna de Fe2+ por cada dois iões Fe3+ que se formam.
O cristal deixa de ser estequiométrico mas mantém a neutralidade
elétrica.

6

DEFEITOSPONTUAIS
Este fenómeno é muito comum com o óxido de ferro. Muitas vezes
escreve-se a fórmula química Fe1-xO, para indicar alguma possível
deficiência em ferro.

Formação de uma lacuna de Fe2+ por cada dois iões Fe3+ que se formam.
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DEFEITOS PONTUAIS
Os átomos de impurezas também são considerados defeitos
pontuais. Pode ocorrer que um átomo ocupe posições de outro na
rede cristalinasubstituindo-o, ou que seja incorporado ocupando
posições intersticiais.

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DEFEITOS PONTUAIS
Impurezas em metais
Os metais, na sua maioria, não são puros. Contêm impurezas
introduzidas propositadamente para aumentar a resistência mecânica
e/ou a resistência à corrosão, formando ligas metálicas (ex: “prata de
lei” é uma liga com 92,5 % prata – 7,5 % cobre).
A adição de impurezas vai formarsoluções sólidas e/ou fases
secundárias.
Relativamente às ligas é costume dizer-se que o solvente (ou
hospedeiro) é o elemento ou composto que existe em maior
quantidade enquanto que o soluto é o elemento ou composto em
menor concentração.

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DEFEITOS PONTUAIS
Impurezas em cerâmicos
Átomos de impureza podem formar soluções sólidas em materiais
cerâmicos tal como em metais.
Porexemplo, no cloreto de
sódio pode ser provável a
introdução de impurezas
de

Ca2+

e

O2-

para

substituir o Na+ e o Cl-,
respetivamente (tendo em
consideração o tamanho e
cargas elétricas).

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DEFEITOS PONTUAIS
Soluções sólidas
A formação de soluções sólidas é favorável se a incorporação de
átomos de soluto é acompanhada de decréscimo de energia livre.

Existem dois...
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