mecanica dos fluidos

ESTRUTURA CRISTALINA
Estrutura cristalina dos metais
Referencias: PUC- RS – Eleani da Costa

1

ARRANJAMENTO ATÔMICO
Por quê estudar?
• As propriedades de alguns materiais estão
diretamente associadas à sua estrutura cristalina (ex:
magnésio e berílio que têm a mesma estrutura se
deformam muito menos que ouro e prata que têm
outra estrutura cristalina)
• Explica a diferençasignificativa nas propriedades de
materiais cristalinos e não cristalinos de mesma
composição (materiais cerâmicos e poliméricos nãocristalinos tendem a ser opticamente transparentes
enquanto cristalinos não)
2

ARRANJAMENTO ATÔMICO
• Os materiais sólidos podem ser
classificados em cristalinos ou nãocristalinos de acordo com a regularidade na
qual os átomos ou íons se dispõem em
relação à seusvizinhos.
• Material cristalino é aquele no qual os
átomos encontram-se ordenados sobre
longas distâncias atômicas formando uma
estrutura tridimensional que se chama de
rede cristalina
• Todos os metais, muitas cerâmicas e alguns
polímeros formam estruturas cristalinas
sob condições normais de solidificação 3

ARRANJAMENTO ATÔMICO

• Nos materiais não-cristalinos ou amorfos não existeordem de longo alcance na disposição dos átomos
• As propriedades dos materiais sólidos cristalinos
depende da estrutura cristalina, ou seja, da maneira
na qual os átomos, moléculas ou íons estão
espacialmente dispostos.
• Há um número grande de diferentes estruturas
cristalinas, desde estruturas simples exibidas pelos
metais até estruturas mais complexas exibidas pelos
cerâmicos epolímeros
4

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

5

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

6

CÉLULA UNITÁRIA
(unidade básica repetitiva da estrutura tridimensional)

Célula Unitária

Os átomos são representados como esferas rígidas
7

• Como a ligação metálica é não-direcional não há
restrições quanto ao número e posições dosvizinhos
mais próximos.
• Então, a estrutura cristalina dos metais têm
geralmente um número grande de vizinhos e alto
empacotamento atômico.
• Três são as estruturas cristalinas mais comuns em
metais: Cúbica de corpo centrado, cúbica de face
centrada e hexagonal compacta.

8

SISTEMA CÚBICO

Os átomos podem ser agrupados dentro do sistema
cúbico em 3 diferentes tipos de repetição
–Cúbico simples
– Cúbico de corpo centrado
– Cúbico de face centrada

9

SISTEMA CÚBICO SIMPLES

a

Parâmetro de rede

 Apenas 1/8 de cada átomo
cai dentro da célula unitária,
ou seja, a célula unitária
contém apenas 1 átomo.
 Essa é a razão que os metais
não cristalizam na estrutura
cúbica simples (devido ao
baixo empacotamento
atômico)
10

Estrutura cúbica simples
• Númerode
coordenação = 6
• Fator de
empacotamento=0,5
2
• Não há exemplos de
metais puros, fator
de empacotamento
muito baixo
11

NÚMERO DE COORDENAÇÃO
 Número de coordenação
corresponde
ao número de átomos vizinhos mais
próximos
 Para a estrutura cúbica simples o número de
coordenação é 6.

12

Número de coordenação

CÚBICO

NC = 6

SIMPLES

13

EST. CÚBICA DE CORPOCENTRADO

Filme

 Na est. ccc cada átomo dos vertices do cubo
é dividido com 8 células unitárias
 Já o átomo do centro pertence somente a
sua célula unitária.
 Cada átomo de uma estrutura ccc é cercado
por 8 átomos adjacentes
 Há 2 átomos por célula unitária na estrutura
ccc
 O Fe, Cr, W cristalizam em ccc

14

NÚMERO DE COORDENAÇÃO
PARA CCC
 Número de coordenação...