propriedades e ligação química...

Aula 6 - Profa. Adélia

Aula 6: Estrutura Cristalina dos Metais

- Como a ligação metálica é n ã o - d i r e c i o n a l , n ã o h á restrições quanto ao número e posições dos vizinhos mais próximos. - A estrutura cristalina dos meta is têm um número grande de vizinhos e alto empacotamento atômico.

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S. P

acio

rnik

– D

CM

M P

UC

-Rio

Propriedades e Ligação Química • Exemplo: Ligação Metálica

Ligação forte entre os átomos Elétrons livres

• Consequência Boa condutividade

Elétrica Térmica

“mar” de elétrons

3. As estruturas cristalinas mais comuns em metais são: –  CCC (cúbica de corpo centrado) –  CFC (cúbica de face centrado) –  HC (hexagonal compacta)

Sistema Cúbico


2

Cúbico Simples (CS) Corpo Centrado (CCC) Face Centrada (CFC)

Sistema Cúbico Simples


3

Sistema Cúbico Simples

� 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)

Parâmetro de rede

a

Parâmetro do Reticulado


4

Relação entre o raio atômico (r) e o parâmetro de rede (a) para o sitema cúbico simples

� No sistema cúbicosimples os átomos se

tocam na face

� a= 2 R

Fator de Empacotamento Atômico para o sistema CS


5

�  É a relação entre o volume dos átomos no interior da célula unitária pelo volume da célula

É o número de átomos vizinhos mais próximos

Cúbica Simples Cúbica Corpo Centrado

Número de Coordenação

Cúbica de Corpo Centrado


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S. P

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A rede ccc A rede cúbica de corpo centrado é uma rede cúbica na qual

existe um átomo em cada vértice e um átomo no centro do cubo. Os átomos se tocam ao longo da diagonal.

Número de átomos na célula unitária Na= 1 + 8x(1/8) = 2 Relação entre a e R 4R = a3 => a = 4R/3

1/8 de átomo 1 átomo inteiro

R a

Fator de empacotamento atômico (APF - atomic packing factor)

3

3

3

34)(

)1()()()(

a

RátomosN

aátomoVátomosNcélulaVolumeátomosVolumeFEA

68,083

336438

34342

3

3

3

3

R

R

R

RFEAccc

76 S.

Pac

iorn

ik –

DC

MM

PU

C-R

io





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3

3

3

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RátomosN


68,083

336438

34342

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68,083

336438

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R

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Cúbica de Corpo Centrado

Cúbica de Corpo Centrado (CCC)


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�  Cada átomo dos vértices do cubo é dividido com 8 células unitárias.

�  O átomo do centro pertence somente a sua célula unitária �  Há 2 átomos por célula unitária na estrutura CCC. �  Fe, Cr, W

76 S.

Pac

iorn

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336438

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68,083

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R

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Cúbica de Face Centrada


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Pac

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ik –

DC

MM

PU

C-R

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A rede cfc A rede cúbica de face centrada é uma rede cúbica na qual

existe um átomo em cada vértice e um átomo no centro de cada face do cubo. Os átomos se tocam ao longo das diagonais das faces do cubo.

1/8 de átomo

1/2 átomo

Número de átomos na célula unitária Na= 6x1/2 + 8x(1/8) = 4 Relação entre a e r 4R = a 2 => a = 2R2

Fator de empacotamento atômico FEAcfc = Volume dos átomos = 0.74 Volume da célula A rede cfc é a mais compacta

R

a

77 S.

Pac

iorn

ik –

DC

MM

PU

C-R

io

A rede cfc A rede cúbica de face centrada é uma rede cúbica na qual

existe um átomo em cada vértice e um átomo no centro de cada face do cubo. Os átomos se tocam ao longo das diagonais das faces do cubo.

1/8 de átomo

1/2 átomo

Número de átomos na célula unitária Na= 6x1/2 + 8x(1/8) = 4 Relação entre a e r 4R = a 2 => a = 2R2

Fator de empacotamento atômico FEAcfc = Volume dos átomos = 0.74 Volume da célula A rede cfc é a mais compacta

R

a

TABELA RESUMO PARA O SISTEMA CÚBICO

Hexagonal Compacta (HC)


12 Hexagonal Compacta

� O sistema Hexagonal Compacta émais comum nos metais (ex: Mg, Zn)

� Na HC cada átomo de uma dada camada está diretamente abaixoou acima dos interstícios formadosentre as camadas adjacentes

Hexagonal Compacta

� O sistema Hexagonal Compacta émais comum nos metais (ex: Mg, Zn)

� Na HC cada átomo de uma dada camada está diretamente abaixoou acima dos interstícios formadosentre as camadas adjacentes


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Hexagonal Compacta (HC) Hexagonal Compacta

� Cada átomo tangencia 3 átomos da camada de cima, 6 átomos no seupróprio plano e 3 nacamada de baixo do seuplano

� O número de coordenaçãopara a estrutura HC é 12 e, portanto, o fator de empacotamento é o mesmo da cfc, ou seja, 0,74. Relação entre R e a:

a= 2R

Hexagonal Compacta



a= 2R

Hexagonal Compacta



a= 2R

Polimorfismo: fenômeno no qual um sólido (metálico ou não metálico) pode apresentar mais de uma estrutura cristalina, dependendo da

temperatura e da pressão.

Exemplo: a sílica (SiO2) como quartzo, cristobalita e tridimita.

Quartzo (a) Cristobalita e (b) Tridimita

Alotropia e Polimorfismo

Alotropia e Polimorfismo


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�  A e s t r u t u r a c r i s t a l i n a d e e q u i l í b r i o é dependente da temperatura e da pressão.

Alotropia do Ferro Aula 5 - Profa. Adélia

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1.500 -

1.400 -

1.300 -

1.200 -

1.100 -

1.000 -

900 -

700 -

800 -

Tem

pera

tura

o C

Tempo

Líquido

Ferro δ

Ferro γ

Líquido α

Ferro β

1.539 oC

1.394 oC

912 oC

768 oC

CCC

CFC

CCC

Amorfa

Alotropia do Titânio


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� Fase α - Existe até 883°C -  Hexagonal Compacta -  É mole � Fase β - Existe a partir 883°C - Cúbica de corpo centrado - É duro

Alotropia do Enxofre


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propriedades e ligação química...

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