A estrutura cristalina é a organização tridimensional dos átomos em um material sólido, que determina suas propriedades físicas e químicas. Existem diversos tipos de estruturas cristalinas, como cúbica, hexagonal, ortorrômbica, entre outras, cada uma com suas características específicas. Neste texto, discutiremos os diferentes tipos de estruturas cristalinas, exemplos de materiais que as possuem e sua importância na ciência dos materiais.
Tipos de estrutura cristalina: conheça as diferentes configurações de arranjo atômico nos materiais.
A estrutura cristalina é a forma como os átomos estão organizados em um material sólido. Existem diferentes tipos de estruturas cristalinas, cada uma com suas próprias características e propriedades. Conhecer esses diferentes arranjos atômicos nos ajuda a compreender melhor o comportamento dos materiais.
Um dos tipos mais comuns de estrutura cristalina é a estrutura cúbica, onde os átomos estão dispostos em um padrão de cubos. Outro tipo comum é a estrutura hexagonal, onde os átomos formam hexágonos em camadas sobrepostas.
Além desses, existem também estruturas cristalinas mais complexas, como a estrutura tetragonal, a estrutura ortorrômbica e a estrutura trigonal. Cada uma dessas estruturas tem suas próprias características únicas, que influenciam as propriedades dos materiais.
É importante destacar que a estrutura cristalina de um material pode afetar suas propriedades mecânicas, térmicas, elétricas e ópticas. Por isso, é essencial compreender como os átomos estão dispostos nos materiais para poder prever e controlar seu comportamento.
Em resumo, conhecer os diferentes tipos de estrutura cristalina nos ajuda a entender melhor as propriedades dos materiais e a desenvolver novas aplicações para eles. É um aspecto fundamental da ciência dos materiais e da engenharia de materiais.
Conheça as 14 redes cristalinas existentes e suas características únicas para materiais sólidos.
As redes cristalinas são arranjos tridimensionais de átomos em um material sólido. Existem 14 tipos de redes cristalinas diferentes, cada uma com suas próprias características únicas. Essas redes determinam as propriedades físicas e químicas dos materiais sólidos. Vamos conhecer algumas das principais redes cristalinas e suas características:
Cúbica de Face Centrada (FCC): Nesta rede, os átomos estão presentes nos vértices e no centro de cada face do cubo. É uma das redes mais comuns e possui alta densidade e boa ductilidade.
Cúbica de Corpo Centrado (BCC): Nesta rede, os átomos estão presentes nos vértices e no centro do cubo. Possui menor densidade que a FCC e é mais resistente, sendo comum em metais como ferro e cromo.
Cúbica Simples (SC): Nesta rede, os átomos estão presentes apenas nos vértices do cubo. Possui a menor densidade entre as redes cúbicas e é menos estável, encontrada em materiais como polônio e sódio.
Hexagonal Compacta (HCP): Nesta rede, os átomos formam camadas hexagonais compactas, com átomos adicionais nos interstícios entre as camadas. É menos comum que as redes cúbicas, mas presente em metais como zinco e magnésio.
Além dessas redes, existem outras como a Tetragonal, a Romboédrica e a Monoclínica, cada uma com suas próprias características únicas. É importante compreender as diferentes redes cristalinas para entender melhor as propriedades dos materiais sólidos e sua aplicação em diversos campos da ciência e da tecnologia.
Identificando se a estrutura é CCC ou CFC: saiba como diferenciar facilmente.
Para identificar se uma estrutura cristalina é CCC (Cúbica de Corpo Centrado) ou CFC (Cúbica de Face Centrada), é importante observar a posição dos átomos dentro da célula unitária. No caso da estrutura CCC, os átomos estão localizados nos vértices do cubo e também no centro do cubo. Já na estrutura CFC, os átomos estão nos vértices do cubo e também nas faces do cubo.
Uma maneira fácil de diferenciar as duas estruturas é contar o número de átomos presentes em cada célula unitária. Na estrutura CCC, há 1 átomo no centro do cubo e 8 átomos nos vértices, totalizando 2 átomos por célula. Já na estrutura CFC, há 1 átomo no centro do cubo e 6 átomos nas faces, além dos 8 átomos nos vértices, totalizando 4 átomos por célula.
Portanto, ao analisar a estrutura cristalina de um material, conte o número de átomos presentes na célula unitária e verifique se corresponde a 2 átomos (CCC) ou 4 átomos (CFC). Com essa simples observação, você será capaz de identificar facilmente se a estrutura é CCC ou CFC.
Identificando a estrutura cristalina: dicas e métodos para reconhecer a organização dos átomos.
A estrutura cristalina é a organização dos átomos em um material, determinando suas propriedades físicas e químicas. Identificar a estrutura cristalina de um material é essencial para compreender seu comportamento e suas aplicações. Existem várias dicas e métodos para reconhecer a organização dos átomos em uma estrutura cristalina.
Uma dica importante é observar a forma dos cristais. Cristais são estruturas sólidas com uma forma geométrica definida, que reflete a organização dos átomos. A forma dos cristais pode indicar o tipo de estrutura cristalina presente no material.
Outro método para identificar a estrutura cristalina é a difração de raios X. Quando um feixe de raios X incide sobre um material cristalino, os átomos da estrutura cristalina difratam os raios X, produzindo um padrão característico. Analisar esse padrão pode revelar a organização dos átomos no material.
Além disso, a microscopia eletrônica de transmissão é outro método poderoso para identificar a estrutura cristalina. Com essa técnica, é possível visualizar diretamente a organização dos átomos em um material, permitindo uma análise detalhada da estrutura cristalina.
Em resumo, identificar a estrutura cristalina de um material é fundamental para compreender suas propriedades e aplicações. Observar a forma dos cristais, realizar difração de raios X e usar microscopia eletrônica de transmissão são alguns dos métodos disponíveis para reconhecer a organização dos átomos em uma estrutura cristalina.
Estrutura Cristalina: Estrutura, Tipos e Exemplos
A estrutura cristalina é um dos estados sólidos que átomos, íons ou moléculas podem adotar na natureza, caracterizado por possuir uma ordem espacial elevada. Em outras palavras, isso é evidência da “arquitetura corpuscular” que define muitos corpos com aparências vítreas e brilhantes.
O que promove ou que força é responsável por essa simetria? As partículas não estão sozinhas, mas interagem umas com as outras. Essas interações consomem energia e afetam a estabilidade dos sólidos, de modo que as partículas buscam se acomodar para minimizar essa perda de energia.
Então, sua natureza intrínseca os leva a se colocar no arranjo espacial mais estável. Por exemplo, esse pode ser um caso em que as repulsões entre íons com cargas iguais são mínimas ou onde átomos – como os metálicos – ocupam o maior volume possível em suas embalagens.
A palavra “cristal” tem um significado químico que pode ser deturpado para outros corpos. Quimicamente, refere-se a uma estrutura ordenada (microscopicamente) que, por exemplo, pode consistir em moléculas de DNA (um cristal de DNA).
No entanto, é popularmente usado indevidamente para se referir a qualquer objeto ou superfície vítrea, como espelhos ou garrafas. Ao contrário dos cristais verdadeiros, o vidro consiste em uma estrutura amorfa (confusa) de silicatos e muitos outros aditivos.
Estrutura
As gemas esmeraldas são ilustradas na imagem acima. Assim, muitos outros minerais, sais, metais, ligas e diamantes exibem uma estrutura cristalina; mas que relação tem sua ordem com a simetria?
Se um cristal, cujas partículas puderem ser observadas a olho nu, fizer operações de simetria (inverta-o, gire-o em diferentes ângulos, reflita-o em um plano etc.), será verificado que ele permanece intacto em todas as dimensões do espaço.
O oposto ocorre para um sólido amorfo, a partir do qual diferentes sistemas são obtidos submetendo-o a uma operação de simetria. Além disso, isso carece de padrões de repetição estrutural, o que demonstra a aleatoriedade na distribuição de suas partículas.
Qual é a menor unidade que compõe o padrão estrutural? Na imagem acima, o sólido cristalino é simétrico no espaço, enquanto o amorfo não é.
Se fossem desenhados quadrados que aplicavam esferas alaranjadas e operações de simetria, eles gerariam outras partes do cristal.
O acima é repetido com quadrados cada vez menores, até encontrar um que seja assimétrico; o que o precede em tamanho é, por definição, a célula unitária.
Célula unitária
A célula unitária é a expressão estrutural mínima que permite a reprodução completa do sólido cristalino. A partir disso, é possível montar o vidro, movendo-o em todas as direções do espaço.
Pode ser considerada uma pequena gaveta (porta-malas, balde, recipiente, etc.) onde as partículas, representadas por esferas, são colocadas seguindo um padrão de preenchimento. As dimensões e geometrias desta gaveta dependem dos comprimentos de seus eixos (a, bec), bem como dos ângulos entre eles (α, β e γ).
A mais simples de todas as células unitárias é a da estrutura cúbica simples (imagem superior (1)). Neste, o centro das esferas ocupa os cantos do cubo, colocando quatro na sua base e quatro no teto.
Nesse arranjo, as esferas mal ocupam 52% do volume total do cubo e, como a natureza abomina o vácuo, não há muitos compostos ou elementos que adotem essa estrutura.
No entanto, se as mesmas esferas do cubo estiverem dispostas de tal forma que ocupem o centro (cúbico no corpo, cco), será necessário um empacotamento mais compacto e eficiente (2). Agora, as esferas ocupam 68% do volume total.
Por outro lado, em (3) nenhuma esfera ocupa o centro do cubo, mas o centro de suas faces ocupa, e todas elas ocupam até 74% do volume total (centro cúbico nas faces, ccp).
Assim, pode-se observar que outros arranjos podem ser obtidos para o mesmo cubo, variando a maneira pela qual as esferas (íons, moléculas, átomos, etc.) são empacotadas.
Tipos
As estruturas cristalinas podem ser classificadas de acordo com seus sistemas cristalinos ou com a natureza química de suas partículas.
Por exemplo, o sistema cúbico é o mais comum de todos e muitos sólidos cristalinos são governados por ele; No entanto, esse mesmo sistema se aplica a cristais iônicos e cristais metálicos.
De acordo com seu sistema cristalino
Os sete principais sistemas cristalinos estão representados na imagem anterior. Pode-se notar que, na verdade, catorze deles são produtos de outras formas de embalagem para os mesmos sistemas e compõem as redes Bravais.
De (1) a (3) são cristais com sistemas cristalinos cúbicos. Em (2) observa-se (pelas listras azuis) que a esfera do centro e a dos cantos interagem com oito vizinhos, de modo que as esferas têm um número de coordenação igual a 8. E em (3) o número de coordenação é 12 (para ver é necessário duplicar o cubo em qualquer direção).
Os elementos (4) e (5) correspondem aos sistemas tetragonais simples e centrados no centro. Diferentemente do cúbico, seu eixo c é mais longo que os eixos aeb.
De (6) a (9) estão os sistemas ortorrômbicos: dos simples e centralizados nas bases (7), àqueles centralizados no corpo e nas faces. Nestes α, β e γ são 90º, mas todos os lados têm comprimentos diferentes.
As figuras (10) e (11) são cristais monoclínicos e (12) são triclínicos, apresentando as últimas desigualdades em todos os seus ângulos e eixos.
O elemento (13) é o sistema romboédrico, análogo ao cúbico, mas com um ângulo γ diferente de 90 °. Finalmente, existem os cristais hexagonais
Os deslocamentos dos elementos (14) originam o prisma hexagonal desenhado pelas linhas pontilhadas verdes.
De acordo com sua natureza química
– Se os cristais são formados por íons, são cristais iônicos presentes nos sais (NaCl, CaSO 4 , CuCl 2 , KBr, etc.)
– Moléculas como a forma de glicose (sempre que possível) cristais moleculares; Neste caso, os famosos cristais de açúcar.
– Átomos cujas ligações são essencialmente covalentes formam cristais covalentes. São os casos de diamante ou carboneto de silício.
– Da mesma forma, metais como o ouro formam estruturas cúbicas compactas, que constituem cristais metálicos.
Exemplos
K 2 Cr 2 O 7 (sistema triclínico)
NaCl (sistema cúbico)
ZnS (wurtzita, sistema hexagonal)
CuO (sistema monoclínico)
Referências
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