Quais os parâmetros que determinam as estruturas cristalinas dos materiais cerâmicos?

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• O que determina a estrutura cristalina?
• Quais são os fatores que determinam as propriedades dos materiais cerâmicos?
• Como determinar a estrutura cristalina de um material?
• Quais são os 3 principais tipos de estruturas cristalinas?

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Aula 1 – Estrutura Cristalina dos Metais
Material cristalino – apresenta organização a nível atômico, arranjo repetitivo em todas as 3 dimensões. É aquele em que os átomos estão posicionados em um arranjo repetitivo ou periódico ao longo de grandes distâncias atômicas.
Material não-cristalino (amorfo) – não tem a organização a nível atômico. Ausência de um arranjo regular e sistemático ao longo de distâncias atômicas relativamente grandes.
A estrutura cristalina identifica o material como uma impressão digital. Cada substância possui um padrão de difração. Fazendo uma difração de raio x de uma mistura de materiais cristalinos, encontra-se o padrão de difração de cada um dos materiais que constituem a amostra.
Estrutura cristalina – formada por células unitárias (menor porção que se repete tridimensionalmente na rede cristalina)
Célula unitária – define a estrutura cristalina em função de sua geometria e das posições dos átomos no seu interior (é menor porão da estrutura cristalina). É um padrão básico, como um “tijolo”, que se repete no espaço.
Embora ambas possuam a mesma estrutura cristalina cúbica, possuem células unitárias/distribuição dos átomos diferentes. Em vermelho, tem-se uma célula cúbica de face centrada, enquanto que em azul existe um centro, é então chamada de célula cúbica de corpo centrado.
Parâmetros importantes na estrutura cristalina:
Número de coordenação (NC): número de vizinhos mais próximos que um certo átomo possui. Em substâncias formadas por cátions e ânions, representa quanto ânions estão entorno de um cátion ou vice versa.
Ex.: NaCl
 NC =6
Fator de empacotamento atômico (FEA): dá a ideia de ocupação dos átomos na célula unitária. É a soma dos volumes das esferas de todos os átomos no interior de uma célula unitária (considerando o modelo atômico de esferas rígidas) dividido pelo volume da célula unitária.
Quanto maior o FEA (mais próximo de 1), maior é ocupada essa célula por átomos.
A geometria da célula unitária é definida por 6 parâmetros:
As estruturas cristalinas podem ser divididas em 7 sistemas cristalinos, de acordo com as configurações das células unitárias e/ou arranjos atômicos.
Esses 7 sistemas cristalinos diferem ainda quanto à posição dos átomos no interior da célula unitária. Por exemplo, para sistemas cúbicos (mais comuns em metais):
CS (cúbico simples) – átomos nos vértices da célula unitária;
CCC (cúbico de corpo centrado) – com um átomo ocupando a posição central da célula unitária;
CFC (cúbico de face centrada) – com um átomo ocupando a face central da célula unitária.
Existem um total de 14 redes cristalinas , chamadas de 14 redes de Bravais) 
Existem 3 estruturas cristalinas relativamente simples encontradas para a maioria dos metais mais comuns: cúbica de faces centradas (CFC), cúbica de corpo centrado (CCC) e hexagonal compacta (HC).
Estrutura cristalina cúbica de faces centradas (CFC):
Representação de esferas reduzidas. Considera os átomos como esferas para enxergar os átomos na célula unitária. 
Os 8 átomos nos vértices fazem parte de outras 7 células unitárias, portanto, para essa célula unitária, 1/8 desse átomo pertence a essa célula unitária. Além disso, os 6 átomos nas faces também pertencem a outra célula unitária, ou seja, 1/2 desse átomo pertence a essa célula unitária.
Relação entre o parâmetro cristalino α (cúbico – a = b = c) e o raio atômico R:
Identificar onde os átomos estão em contato. Na diagonal das faces que os átomos estão em contato tem 4 raios atômicos.
Estrutura cristalina cúbica de corpo centrado (CCC):
Estrutura cristalina hexagonal compacta (HC):
Cálculos de massa específica:
Densidade dos materiais:
De maneira geral, a densidades dos metais são maiores que as densidades dos materiais cerâmicos, que possuem densidades maiores do que os materiais poliméricos.
Isso se dá porque os metais possuem um empacotamento maior (são mais densos) e são átomos mais pesados, enquanto os materiais cerâmicos têm empacotamento menos denso e são formados por elementos mais leve, enquanto ainda os materiais poliméricos têm baixo empacotamento atômico (geralmente são amorfos ou, no máximo, semi cristalinos) e são formados por elementos extremamente leves (C, H, O).
Já os materiais compósitos possuem valores intermediários porque dependem do que ele é formado.
Polimorfismo – materiais apresentam mais de uma estrutura cristalina. Polimorfos são dois ou mais tipos de cristais que têm a mesma composição.
Ex: polimorfos de carbono = grafite (hexagonal) e diamante (cúbica de face centrada)
Alotropia – termo utilizado em sólidos elementares, como os metais. Os polimorfos são variedades alotrópicas de uma mesma composição.
Transformações polimórficas – modificações estruturais sem alteração de composição, determinadas pelas condições ambientais (T e P).
Ex: Fe
Cristalografia – descreve a estrutura cristalina
Posições atômicas: definidas construindo um sistema de coordenadas na célula unitária.
Direções cristalográficas: definidas a partir da origem da célula unitária. Suas coordenadas (índices de Miller) são dadas pelas coordenadas dos pontos em que estas direções cruzam a célula unitária. Se esses pontos forem fracionais, multiplicam-se para obter números inteiros.
Planos cristalográficos: em todos os sistemas cristalinos, exceto o sistema hexagonal, os planos cristalográficos são especificados por 3 índices de Miller na forma (hkl). Deve-se seguir os procedimentos:
1. se o plano passa através da origem, uma nova origem deve ser estabelecida no vértice de uma outra célula unitária;
2. determinam-se as interseções do plano com cada eixo, em termos de a, b e c;
3. toma-se os inversos desses valores;
4. os valores são reduzidos aos menores números inteiros;
5. os 3 índices são colocados entre parênteses (hkl).
Densidade Linear (DL):
* direções equivalentes possuem a mesma DL. Não existe nenhuma DL > 1 → 0 < DL < 1
Densidade Planar (DP):
* planos equivalentes possuem a mesma DP. Não existe nenhuma DP > 1 → 0 < DP < 1
EXERCÍCIOS:

O que determina a estrutura cristalina?

Quais são os fatores que determinam as propriedades dos materiais cerâmicos?

Como determinar a estrutura cristalina de um material?

Quais são os 3 principais tipos de estruturas cristalinas?