Ciencia dos Matterias

3 ESTRUTURAS CRISTALINAS E GEOMETRIA DOS CRISTAIS
Objetivos deste capítulo
Finalizado o capítulo o aluno será capaz de:
• estudar sistemas cristalográficos e Redes de Bravais;
• conhecer os conceitos de cela unitária, rede cristalina, fator de empacotamento, parâmetro de rede e outros;
• conhecer as principais estruturas dos metais;
• calcular a densidade real dos sólidos metálicos.
3.1 Introdução
Todos os elementos puros existem como gases, líquidos ou sólidos. O estado no qual um elemento existe, depende das condições de pressão e temperatura. Um gás nas condições normais de temperatura e pressão contém cerca de 10
19
átomos/cm
3
. Um líquido cerca de 10
22
átomos/cm
3
. Um cristal (sólido) cerca de 10
23
átomos/cm
3
.
Os gases e a grande maioria dos líquidos não apresentam periodicidade nos seus arranjos atômicos. No entanto todos os metais, grande parte dos cerâmicos e certos polímeros cristalizam-se quando se solidificam (ver arquivo de estrutura tridimensional). Assim os átomos se arranjam num modelo tridimensional, ordenando e repetido. Estes tipos de estrutura são chamados cristais. As forças que mantém juntas as unidades que constituem os cristais são as forças de ligação covalentes e/ou iônicas e/ou por exemplo pontes de hidrogênio. Este modelo ordenado que caracteriza o cristal, e que atinge um alcance de muitas distâncias atômicas, se origina na coordenação atômica no interior do material.
O arranjo interno persiste mesmo que as superfícies externas sejam alteradas. Por exemplo, a estrutura interna de um cristal de quartzo não é alterada quando suas superfícies são desgastadas para formar grãos de areia. Da mesma forma existe um arranjo hexagonal das moléculas de água, quer nos cubos de gelo, quer nos flocos de neve.
3.2 Rede espacial e células unitárias
A estrutura física dos materiais sólidos com importância para a Engenharia depende principalmente do arranjo dos átomos, íons ou moléculas que os constituem e