Poliformismo e cristalografia

Poliformismo

Alguns metais, assim como os ametais, podem ter mais do que uma estrutura cristalina , um fenômeno que é conhecido como poliformismo.

Quando encontrada em sólidos elementares, essa condição é chamada de alotropia.

Alotropia: polimorfismo em elementos puros.Exemplo: o diamante e o grafite são constituídos por atómos de carbono arranjados em diferentes estruturas cristalinas.

Diamante GrafiteHibridização sp3 Hibridização sp2

A estrutura cristalina que prevalece depende tanto da temperatura quanto da pressão externa. Um exemplo familiar é encontrado n carbono: A grafita é o polimorfo estável sob condições ambientais, enquanto o diamante é formado sob pressões extremamente elevadas.

O ferro puro também possui uma estrutura cristalina CCC à temperatura ambiente, que se altera para CFC a 912 oC. Na maioria das vezes , uma transformação polifórmica é acompanhada de uma mudança na massa específica.

Alotropia do Ferro: Exercício

O ferro passa de CCC para CFC a 912 ºC. Nesta temperatura, os raios atômicos nas duas estruturas são respectivamente, 0,126nm e 0,129nm. Qual a percentagem de variação volumétrica provocada pela mudança de estrutura?

“Para este cálculo foi tomado como base 4 átomos de ferro, ou seja, 2 células unitárias CCC (por isso Vccc= 2a3, uma vez que na passagem do sistema CCC para CFC há uma contração de volume) e 1 célula unitária CFC.”

Cristalografia

Ao lidar com materiais cristalinos, frequentemente torna-se necessário especificar um ponto particular no interior de uma célula unitária, uma direção ou algum plano cristalográfico de átomos.

Foram estabelecidas convenções de identificação em que três números ou índices são empregados para designar as localizações de pontos, as direções e os planos.

A base para a determinação dos valores dos índices é a célula unitária,com um sistema de coordenadas, que consiste em três eixos (x,y,z).

Direções Cristalográficas

Uma direção cristalográfica é definida como uma linha entre dois pontos, ou um vetor.

Para especificar uma direção cristalográfica foram estabelecidas convenções de identificação onde três números inteiros ou índices são utilizados para designar as direções. A base para determinação dos valores dos índices é a célula unitária, com um sistema de coordenadas que consiste em três eixos (x, y, z), cuja origem está localizada em um dos vértices sendo a origem do sistema de coordenadas, geralmente (0,0,0) por convenção..

Direções Cristalográficas

As seguintes etapas são utilizadas na determinação dos três índices direcionais:

• Um vetor com o comprimento conveniente é posicionado de tal modo que ele passa através da origem do sistema de coordenadas. * Qualquer vetor pode ser transladado por toda rede cristalina sem sofre alterações, desde que seu paralelismo seja mantido.

• O comprimento da projeção do vetor sobre cada um dos três eixos é determinado; estes são medidos em termos das dimensões da célula unitária, a, b e c.

• Estes três números são multiplicados ou divididos por um fator comum, a fim de reduzi-los aos menores valores inteiros.

• Os três índices, não separados por vírgulas, são colocados entre colchetes: [uvw]. Os índices u, v e w correspondem às projeções reduzidas ao longo dos eixos x, y e z, respectivamente.

INDICAÇÃO DE DIREÇÕES E PLANOS ENVOLVE O ESTABELECIMENTO DE POSIÇÕES NO CRISTAL, DAS POR SUAS COORDENADAS

• As direções na célula unitária são representadas por três números inteiros, na

forma: [x,y,z]. Quando temos coeficientes (índices) negativos, estes são

representados com uma barra sobre o respectivo número (índice).

Direções Cristalográficas

“Os resultados [uvw] devem ser multiplicados (ou divididos) por um fator comum para resultar em números inteiros”

Direções Cristalográficas: Sistema CCC

No sistema CCC os átomos se tocam ao longo da diagonal do cubo,

que corresponde a família de direções <111>. Neste caso, a direção

[111] é a de maior empacotamento atômico para este sistema.

[111]

Direções Cristalográficas: Sistema CFC

No sistema CFC os átomos se tocam ao longo da diagonal da face,

que corresponde a família de direções <110>. Portanto, a direção [110]

é a de maior empacotamento atômico para este sistema.

[110]

[011]