COORDENACAO ATOMICA-REVISADA

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UNIVERSIDADE CATÓLICA DE PERNAMBUCO
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
PRINCÍPIOS DA CIÊNCIAS DOS MATERIAIS
Prof.º Felicíssimo Graciliano Sady Costa
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COORDENAÇÃO ATÔMICA
Os dois fatores mais importantes na análise da coordenação atômica dos materiais são
 As distâncias interatômicas
 
Os arranjos espaciais
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As forças de atração mantêm os mesmos unidos e são responsáveis pelas ligações químicas. As forças de atração são devidas à atração Coulombiana entre as diferentes espécies de íons de cargas opostas, criadas nas ligações químicas.
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A força de repulsão entre os elétrons de dois átomos, quando estão suficientemente próximos, é responsável em conjunto com as forças de atração, pela posição de equilíbrio dos átomos na ligação química (distância interatômicas).
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MOLÉCULAS DIATÔMICAS
Ligação e coordenação de apenas dois átomos
Por outro lado, muitos materiais envolvem uma coordenação de alguns átomos numa estrutura integrada.
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As distâncias interatômicas e os arranjos espaciais são os dois fatores principais dessas estruturas
As forças de atração entre átomos os mantêm unidos
Há muito espaço vago no volume que circunda o núcleo do átomo.
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O espaço entre os átomos é causado pelas forças interatômicas atrativas e repulsivas
A repulsão é causada pelo fato de que a grande proximidade de dois átomos aproxima muito os elétrons
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A distância de equilíbrio é aquela onde são iguais as forças de atração e repulsão
Representa a distância interatômica.
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FORÇA COULOMBIANA (Fc)
É desenvolvida entre duas cargas pontuais e é relacionada à quantidade das duas cargas (Z1q e Z2q) e à distância de separação entre elas. 
É diretamente proporcional ao produto da quantidade das duas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre as cargas.
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Fc = -k0.(Z1q).(Z2q)/a²(1-2)
 (-19)
Z = Valência (+ ou -) q = 1,6x10 C
K0 depende das unidades usadas quando considerados íons adjacentes
a = distância de separação entre as cargas.
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FORÇAS DE REPULSÃO ELETRÔNICA (FR)
É a força entre os campos eletrônicos de dois átomos ou íons
Como na força coulombiana, também é uma função inversa da distância entre eles, porém elevada a um expoente mais alto
FR = -bn/a(1-2)
b e n são constantes empíricas.
n é aproximadamente igual a 9 em sólidos iônicos.
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 (10)
Fc α 1/a² e FR α 1/a 
 
As forças atrativas predominam nas maiores distâncias de separação atômica e as repulsivas nos espaços interatômicos mais restritos
Uma força atrativa é requerida para superar as forças predominantes de atração se o espaço estiver por ser aumentado 
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Uma força compressiva terá de ser aplicada para manter os átomos mais próximos contra o rápido aumento da repulsão eletrônica
 
O espaço de equilíbrio é uma distância bem específica para um dado par de átomos ou íons
 Pode ser medido com cinco algarismos significativos por difração de raios X, se pudermos controlar a temperatura e outros fatores
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Fatores que alteram o tamanho do átomo
Temperatura 
Valência
Átomos vizinhos 
Maiores forças de repulsão
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2ª PARTE
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Como os átomos estão arrumados nos materiais?
É necessário usar geometria e visualizar imagens tridimensionais
É de alta relevância por influir na seleção do material apropriado para uma dada aplicação ou reprojetar um material existente para torná-lo mais adequado
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As propriedades dos materiais são determinadas por sua estrutura em quatro níveis distintos
ESTRUTURA ATÔMICA
O primeiro nível da estrutura dos materiais que descreve os átomos presentes e que propriedades eles têm
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ARRANJO ATÔMICO
O segundo nível da estrutura dos materiais que descreve como os átomos estão posicionados uns em relação aos outros, bem como descreve as ligações entre eles
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MICROESTRUTURA 
O terceiro nível da estrutura dos materiais, que descreve o sequenciamento dos cristais em um nível invisível a olho nu
A fronteira da rede é denominada contorno de grão
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Esses contornos são visíveis ao microscópio
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MACROESTRUTURA
O quarto nível da estrutura dos materiais, que descreve como as microestruturas se ajustam para formar os materiais como um todo. A olho nu os cristais de NaCl são vistos como sólidos claros, embora eles possam ter cores devido a impurezas
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NÍVEIS DE ORDENAÇÃO
A maioria dos materiais abordados apresentam ordem mas, isso não é verdadeiro para todos os materiais
O menor nível de ordenação envolve moléculas de gás monoatômicas que preenchem o espaço aleatoriamente, com pouca relevância no estudo de ciências dos materiais
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A maioria dos materiais tem pelo menos, alguma ordem de curto alcance
MATERIAIS AMORFOS
Materiais cuja ordem alcança apenas os átomos mais próximos
Exemplos:
Os vidros de sílica (sólido)
As moléculas de água
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Moléculas de água com ordenação do “Vizinho Mais Próximo”
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ESTRUTURA CRISTALINA
Define o tamanho, a forma e o arranjo dos átomos em uma rede tridimensional
Exemplo
Sólidos têm uma ordenação tridimensional de longo alcance formando uma rede regular
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Os átomos são representados como esferas rígidas
São sete os sistemas cristalinos
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Dos 7 sistemas cristalinos podemos identificar 14 tipos diferentes de células unitárias, conhecidas como 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. 
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REDE DE BRAVAIS
As 14 Estruturas Cristalinas diferentes nas quais os átomos estão posicionados nos materiais
As redes se organizam em um dos 14 arranjos
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As redes cúbicas são as mais fáceis de visualizar
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REDE CÚBICA SIMPLES
Rede de Bravais que tem um átomo em cada vértice da célula unitária
Simples de visualizar
Porém, é menos comum que as outras duas estruturas cúbicas
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CÚBICA DE CORPO CENTRADO (CCC)
Contém um átomo em cada vértice da célula, bem como um átomo no centro da célula unitária
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CÚBICA DE FACE CENTRADA (CFC)
Contém um átomo em cada um dos oito vértices e um átomo em cda uma das seis faces do cubo
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HEXAGONAL COMPACTA (HC)
A face superior e a inferior (topo e base) têm seis átomos formado um hexágono, que envolvem um único átomo central
É a mais comum das redes Bravais não cúbicas
Um grupo de três átomos fica localizado entre os planos do topo e da base
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Outras células compartilham a maioria dos átomos presentes em uma célula unitária
Oito células unitárias distintas compartilham um átomo no vértice de uma rede cúbica
Duas células unitárias partilham o átomo em uma face de uma célula unitária CFC, enquanto apenas uma célula unitária contém o átomo central em uma célula unitária CCC