Fala aí, nós somos o Responde Ai, e nossa missão é ajudar você a mandar bem na sua prova! Hoje vamos ter uma conversa sobre a estrutura cristalina dos metais. Os materiais sólidos em geral, incluindo os metais, podem ser classificados como cristalinos ou amorfos. Nos materiais ditos cristalinos os átomos se arrumam em um modelo
tridimensional ordenado e é essa organização que chamamos de estrutura cristalina. Os materiais amorfos não possuem nenhuma organização regular. Essa estrutura cristalina é formada pelo que chamamos de células unitárias, que são a menor aglomeração dos átomos no espaço, que se repetem
para formar a estrutura cristalina. Na imagem acima a organização destacada se repete e forma a estrutura cristalina do material. Essa organização em destaque é a célula unitária. =) Existem sete sistemas cristalinos conhecidos, mas os mais comuns são os cúbicos, nos quais os átomos se arranjam de forma que todos os ângulos
são iguais a . Dentro dos sistemas cúbicos os átomos podem se organizar de três maneiras diferentes: Nessa organização, cada vértice do cubo é ocupado por um átomo: Nessa organização, cada vértice do cubo é ocupado por um átomo e temos também um átomo em cada face do cubo: Nessa organização temos um átomo em cada vértice do cubo e um átomo no centro do cubo: Mas é interessante a gente saber que existem metais que não assumem somente uma organização, alguns podem apresentar estruturas cristalinas diferentes de acordo com as condições de pressão e temperatura
que eles se encontram. A esse fenômeno damos o nome de polimorfismo. Um exemplo ótimo de polimorfismo é o ferro, que pode assumir a estrutura CFC ou a estrutura CCC dependendo das condições. Esse foi nosso papo hoje sobre estrutura cristalina dos metais. Curtiu? Então continua com a gente para muito mais conceitos irados para você arrasar na prova! Ver TeoriaVer Todos os Exercícios Ver Também Ver tudo sobre Ciência dos MateriaisVer tudo sobre Estrutura de Sólidos CristalinosLista de exercícios de Células unitáriasTeoriaE aí, tudo bem? Maioria dos metais, boa parte dos cerâmicos e alguns polímeros cristalizam-se quando solidificam. Seus átomos arrumam-se num modelo tridimensional, ordenado e frequente que é denominado de estrutura cristalina. Mas e a tal de célula unitária, o que é isso? É a menor aglomeração dos átomos no espaço, tendo a regularidade no formato do cristal. Quando repetido em todas as direções, a célula unitária resultará na estrutura cristalina original. Analogamente como um “cubo mágico”, vai ficar mais claro daqui pra frente.  Aqui veremos sobre diversos sistemas encontrados nas estruturas dos metais, pois são os que na sua totalidade se cristalizam. Os átomos podem ser agrupados dentro do sistema cúbico em 3 diferentes tipos de repetição: Cúbico simples, Cúbico de corpo centrado e Cúbico de face centrada. Também podem ter outros formatos, que vamos ver daqui pra frente. Cúbico Simples (CS)É um cubo com 1 átomo em cada vértice. Apenas 1/8 de cada átomo cai dentro da célula unitária, ou seja, a célula unitária contém apenas 1 átomo. Os metais não costumam cristalizar como cúbico simples devido ao baixo empacotamento atômico desse formato, isto é, nessa estrutura tem bastante espaço entre um átomo e outro. Características deste tipo de célula: Número de vértices = 8 ;Átomos por vértice= 1/8;Número total de átomos = 8x (1/8) =1 A partir destas informações também podemos obter o volume dessa célula! Lembram como calcula o volume? V= lado x lado x lado, neste caso nosso “lado” é denominado como “a” então temos: V= a x a x a = a³ Nosso a é igual a 2r, como podemos ver na figura, então temos que o volume V = (2r)³ = 8r³ Outra informação que podemos tirar das células unitárias é a denominada Fator de Empacotamento Atômico (FEA). O FEA é um índice que varia de 0 a 1 que indica a quantidade de vazios na célula unitária. Valores mais próximos de zero significa que os átomos estão menos empacotados, e para valores próximos a 1 são átomos tão empacotados que não sobra nenhum espaço entre os átomos. O FEA é calculado através da seguinte fórmula. Mas em geral ele já é conhecido para as estruturas mais comuns. FEA = Volume dos átomos/ Volume da célula Essa informação indica quantos átomos podem estar organizados em uma estrutura cristalina e determinar a qualidade no empilhamento. Macroscopicamente, é importante para determinar a porosidade, resistência e dureza dos materiais. No caso do sistema cúbico simples o FEA é de 0,52. Cúbico de corpo centrado(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, como demonstrado na imagem a seguir. Características deste sistema cúbico: Número de átomos na célula unitária N = 1 + 8 x ( 1 / 8 ) = 2;Cada átomo dos vértices do cubo é dividido com 8 células unitárias, o átomo do centro pertence exclusivamente a sua célula unitária, então há 2 átomos por célula unitária na estrutura CCC. Exemplo de metais com essa característica: Fe, Cr, e etc. E o fator de empacotamento é de 0,68. Valor maior que o CS devido ao átomo presente no centro do cubo. Cúbico de face centrada (CFC)Estrutura com um átomo em cada vértice e no centro de cada face do cubo. Direção de maior empacotamento: diagonal de cada face. Exemplos: cobre, alumínio, prata e ouro. FEA = 0,74 Observem que comparando o FEA com as outras células unitárias, ele é o mais compactado, e isso também pode ser visto visualmente comparando as imagens. E quantos números de átomos apresentam nessa célula unitária? N = 6 x (1/2) + 8 x (1/8) = 4 Hexagonal Compacta (HC)O sistema Hexagonal Compacta é o mais corriqueiro entre os materiais metálicos (ex: Mg, Zn). Na HC cada átomo de uma dada camada está abaixo ou acima dos interstícios desenvolvidos no meio das camadas adjacentes Cada átomo tangencia 3 átomos do plano de cima (a) , 6 átomos no seu próprio plano e 3 na camada de baixo do seu plano (b), exatamente como representado na imagem abaixo. O número de átomos para essa estrutura HC é 6 (3 em amarelo + 2 x 1 2 do centro das faces + 6 x 1 6 em cima + 6 x 1 6 embaixo) ! O FEA é o mesmo da cfc, ou seja, 0,74, acredita em mim haha Bora praticar então! Cúbico de corpo centrado(CCC)Cúbico de face centrada (CFC)Hexagonal Compacta (HC)Exercício Resolvido #1https://www.passeidireto.com/arquivo/53697004/ciencia-dos-materiais Sobre a célula unitária assinale a alternativa correta:
Passo 1Uma célula unitária consiste na unidade estrutural básica (ou bloco) da estrutura cristalina em virtude de sua geometria e das posições dos átomos em seu interior. Passo 2Pequenos grupos de átomos que se repetem, ou seja, a rede cristalina se subdivide em pequenas partes repetitivas. RespostaExercício Resolvido #2https://www.passeidireto.com/arquivo/53697004/ciencia-dos-materiais Quais são as possíveis estruturas do sistema cúbico para metais:
Passo 1Três estruturas cristalinas são as possíveis para a maioria dos metais, sendo duas cúbicas e uma hexagonal. Passo 2Na estrutura Cúbica Simples (CS) a célula unitária contém apenas 01 átomo e por este motivo os metais não cristalizam na estrutura em questão. RespostaExercício Resolvido #3https://docplayer.com.br/34092836-30-exercicios-resolvidos-capitulo-3-estrutura-cristalina.html Sobre o número de coordenação (NC), determine a resposta correta:
Passo 1Número de coordenação se refere ao número de átomos de contato ou seja, é o número de vizinhos mais próximos. Passo 2Depende do números de ligações covalentes que o átomo pode compartilhar e do fator de empacotamento. Passo 3Cúbica de Face Centrada (CFC): NC = 12 Cúbica de Corpo Centrado (CCC): NC = 8 Hexagonal Compacta (HC): NC = 12 . RespostaExercício Resolvido #4Elaboração própria Sobre os níveis de ordenação dos átomos em um sólido, determine a resposta correta:
Passo 1Bom, pra resolver essa questão vamos analisar as opções e ver qual resposta é a certa! A letra a fala sobre a ordenação de longo alcance, e esse tipo de estrutura acontece em sólidos cristalinos, onde temos uma estrutura que se repetem regularmente na forma de uma rede. É o que chamamos de estrutura cristalina. Passo 2A letra b fala sobre ordenação de curto alcance, o enunciado diz que não tem arranjo atômico preferencial, ocupando o espaço aleatoriamente. Ordenação de curto alcance é a organização dos átomos à nível de célula unitária, que é a menor unidade que se repete dentro da estrutura cristalina. Portanto esse nível de ordenação é organizado sim e tem um arranjo preferencial em que os átomos se encaixam melhor. Passo 3Na letra c fala sobre um tipo de estrutura sem ordenamento onde os átomos são dispostos aleatoriamente no espaço. Essa é a nossa resposta correta! RespostaExercício Resolvido #5https://www.passeidireto.com/arquivo/42097769/ciencias-dos-materias Determine o fator de empacotamento do sistema cúbico simples (CS):
Passo 1Primeiramente devemos esboçar a célula unitária: Passo 2Agora temos que relembrar a fórmula: F E = n ° d e a t o m o s c é l u l a × v o l u m e d e c a d a a t o m o v o l u m e d a c é l u l a u n i t á r i a Passo 3Observando a célula unitária, este sistema apresenta um único átomo por célula ( 8 × 1 8 á t o m o). Volume do átomo: 4/3 πr³ Pela imagem vemos que o volume da célula unitária pode ser calculado por: a³= (2r) ³= 8r³ Aplicando na fórmula temos: F E = 1 × 4 3 π r 3 8 r ³ = 0,52 o u 52 % RespostaExercício Resolvido #6https://www.passeidireto.com/arquivo/42097769/ciencias-dos-materias Determine o fator de empacotamento do sistema cúbico de face centrada (CFC):
Passo 1Primeiramente devemos esboçar a célula unitária: Passo 2Agora temos que relembrar a fórmula: F E = n ° d e a t o m o s c é l u l a × v o l u m e d e c a d a a t o m o v o l u m e d a c é l u l a u n i t á r i a Passo 3Observando a célula unitária, este sistema apresenta um 4 átomos por célula). Volume do átomo: 4/3 πr³ Volume da célula unitária: a³= (2r* (2)1/2)³= 16r³* (2)1/2 Aplicando na fórmula temos: F E = 4 × 4 π r 3 3 16 r ³ × √ 2 = 0,74 o u 74 % RespostaExercício Resolvido #7https://www.passeidireto.com/arquivo/42097769/ciencias-dos-materias Determine o fator de empacotamento do sistema cúbico de corpo centrada (CCC):
Passo 1Primeiramente devemos esboçar a célula unitária: Passo 2Agora temos que relembrar a fórmula: F E = n ° d e a t o m o s c é l u l a × v o l u m e d e c a d a a t o m o v o l u m e d a c é l u l a u n i t á r i a Passo 3Observando a célula unitária, este sistema apresenta um 2 átomos por célula). Volume do átomo: 4/3 πr³ Volume da célula unitária: a³= (4r* (3)1/2) ³= 64r³*((3)1/2) ³ Aplicando na fórmula temos: F E = 2 × 4 π r 3 3 64 r 3 ( 3 ) ³ = 0,68 o u 68 % RespostaExercício Resolvido #8https://pdfslide.net/documents/estrutura-cristalina-55844c5a13737.html Sobre as células unitária escolha a alternativa correta:
Passo 1Exemplo de metais com estrutura hexagonal compacta: cádmio, cobalto, zinco, números de átomos por célula unitária é 6. Passo 2A estrutura cúbica e a que ocorre com menor frequência e é a mais importante. Passo 3A diferença entre HC e CFC é devido ao posicionamento dos planos em relação a um ponto de referência. RespostaVer Também Ver tudo sobre Estrutura de Sólidos CristalinosSistema Cristalino e Redes BravaisDireção em células unitáriasLista de exercícios de Células unitáriasQuais são as células unitárias mais comuns para metais?Três são as estruturas cristalinas mais comuns em metais: Cúbica de corpo centrado, cúbica de face centrada e hexagonal compacta.
Quais os tipos de célula unitária mais comuns em materiais cristalinos?cristalinas são paralelepípedos ou prismas que possuem três conjuntos de faces paralelas. A célula unitária é escolhida para representar a simetria de cada estrutura cristalina. metais: Cúbica de corpo centrado, cúbica de face centrada e hexagonal compacta. coordenação é 8.
Quais são os principais tipos de células unitárias capazes de explicar o comportamento dos materiais metálicos?As principais células cristalinas que representam os materiais metálicos são as seguintes: (CCC) cúbica de corpo centrado, (CFC) cúbica de face centrada e (HC) hexagonal compacta.
Quais são as estruturas cristalinas mais comuns encontradas nos materiais metálicos e por quê?As estruturas cristalinas mais comuns em metais são: Cúbica de corpo centrado (CCC), na qual existe um átomo em cada vértice e um no centro do cubo. Os átomos se tocam ao longo da diagonal.
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Quais células unitárias são mais frequentes nos materiais metálicos?
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