ciencias materiais 3, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

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Estrutura dos Materiais Sólidos

(Arranjos Atômicos)

INTRODUÇÃO

As propriedades dos materiais dependem dos arranjos dos seus

átomos. Esses arranjos podem ser classificados em:

Estruturas moleculares: agrupamento dos átomos

Estruturas cristalinas: arranjo repetitivo de átomos

Estruturas amorfas: sem nenhuma regularidade

ESTRUTURAS MOLECULARES

Número de Ligações: depende do número de elétrons da camada

mais externa ou camada de valência.

Comprimentos e Energias de Ligação: depende dos átomos e do

número de ligações. Ligações duplas e triplas são mais curtas e

requerem mais energia para serem rompidas.

Ângulos entre Ligações: são encontrados entre as ligações

Isômeros: estruturas diferentes e mesma composição

Moléculas Poliméricas: (= muitas unidades) uma grande molécula,

constituída por pequenas unidades que se repetem.

ESTRUTURAS CRISTALINAS

A maioria dos materiais de interesse para o engenheiro tem

arranjos atômicos que são repetições, nas três dimensões, de uma

unidade básica. Tais estruturas são denominadas cristais.

Célula Unitária: representa a simetria da estrutura cristalina

(unidade básica repetitiva da estrutura tridimensional)

Os átomos são

representados como

esferas rígidas

AS 14 REDES DE BRAVAIS

Dos 7 sistemas cristalinos

podemos identificar 14 tipos

diferentes de células unitárias,

conhecidas com redes de Bravais.

Cada uma destas células

unitárias tem certas

características que ajudam a

diferenciá-las das outras células

unitárias.

Estas características também

auxiliam na definição das

propriedades de um material

particular.

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

NÚMERO DE COORDENAÇÃO

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.

RELAÇÃO ENTRE O RAIO ATÔMICO

(R) E O PARÂMETRO DE REDE (a)

PARA O SITEMA CÚBICO SIMPLES

No sistema cúbico simples os

átomos se tocam na face

a= 2 R

EST. CÚBICA DE CORPO CENTRADO

O PARÂMETRO DE REDE E O RAIO ATÔMICO ESTÃO

RELACIONADOS NESTE SISTEMA POR:

a

ccc

= 4R /(3)

1/

Na est. ccc cada átomo dos vértices 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

RELAÇÃO ENTRE O RAIO ATÔMICO

(R) E O PARÂMETRO DE REDE (a)

PARA O SITEMA CCC

No sistema CCC os átomos se

tocam ao longo da diagonal

do cubo: (3)

1/

.a=4R

a

ccc

= 4R/ (3)

1/

FATOR DE EMPACOTAMENTO

ATÔMICO PARA CCC

 Fator de empacotamento= Número de átomos x Volume dos átomos

Volume da célula unitária

O FATOR DE EMPACOTAMENTO PARA A EST. CC É O,

EST. CÚBICA DE FACE CENTRADA

O PARÂMETRO DE REDE E O RAIO ATÔMICO

ESTÃO RELACIONADOS PARA ESTE SISTEMA

POR:

a

cfc

= 4R/(2)

1/

=2R. (2)

1/

Na est. cfc cada átomo dos vértices do

cubo é dividido com 8 células unitárias

Já os átomos das faces pertencem

somente a duas células unitárias

Há 4 átomos por célula unitária na

estrutura cfc

É o sistema mais comum encontrado

nos metais (Al, Fe, Cu, Pb, Ag, Ni,...)

a

2

• a

2

= (4R)

2

2 a

2

= 16 R

2

a

2 =

16/2 R

2

a

2 =

8 R

2

a= 2R (2)

1/

RELAÇÃO ENTRE O RAIO ATÔMICO

(R) E O PARÂMETRO DE REDE (a)

PARA O SITEMA CFC

FATOR DE EMPACOTAMENTO

ATÔMICO PARA CFC

Fator de empacotamento = Número de átomos X Volume dos átomos

Volume da célula unitária

O FATOR DE EMPACOTAMENTO PARA A EST. CFC É O,

Vol. dos átomos=Vol. Esfera= 4 R

3

Vol. Da célula=Vol. Cubo = a

3

Fator de empacotamento = 4 X 4 R

3

(2R (2)

1/

)

3

Fator de empacotamento = 16/3R

3

16 R

3

1/

Fator de empacotamento = 0,