II – Elementos de Estruturas Cristalinas
Iniciaremos por definir uma rede cristalina ordinária como um conjunto de pontos geometricamente distribuídos no espaço, os quais representam a posição de equilíbrio dos átomos constituintes da matéria no seu estado sólido.
Numa rede cristalina, os átomos permanecem em constante movimento oscilatório em torno das suas posições de equilibro, mesmo à temperatura do zero absoluto, onde à energia do ponto zero associa-se uma freqüência característica. O movimento de agitação térmica dos átomos em torno das suas posições de equilíbrio pode ser razoavelmente descrito a partir da resolução do problema do oscilador harmônico mais termos de anarmonicidade responsáveis, por exemplo, pelo fenômeno de dilatação dos corpos.
Passaremos agora a um conjunto de definições a partir do qual muitos fenômenos do estado sólido podem ser satisfatoriamente bem descritos.
Cristal Perfeito: rede cristalina de dimensões infinitas que, tendo todos os seus lugares ocupados, reúne átomos da mesma espécie em condições de equilíbrio termodinâmico;
Monocristal: segmento tridimensional finito de um cristal perfeito;
Policristal: conjunto de monocristais espacialmente distribuídos e justapostos pelos contornos (limites dos monocristais);
Lacunas: lugar geométrico da rede cristalina desocupado, isto é, ausência de um átomo numa das posições da rede;
Dilacuna: par de lacunas associadas;
Zona de Depleção: região do cristal com grande concentração de lacunas;
Intersticial: átomo que, fora de um lugar próprio da rede, ocupa os interstícios da mesma;
Di-intersticial: par de átomos intersticiais associados;
Aglomerado de Intersticiais: região de concentração de átomos que, fora de seus lugares na rede, distribuem-se por poucos espaços interatômicos da mesma;
Átomos de Impureza: átomos estranhos à espécie constituinte da rede que, entretanto, podem ocupar posições intersticiais ou substitucionais (nos lugares próprios da rede), dependendo das suas afinidades com a espécie constituinte.
O conjunto de definições acima, com exceção feita à definição de cristal perfeito, engloba o conjunto de defeitos elementares da matéria em seu estado sólido. Por exemplo, monocristais e policristais são estruturas do estado sólido que, dependendo das condições termodinâmicas, têm suas características estruturais alteradas. Por sua vez, lacunas, intersticiais, aglomerados e átomos de impureza são defeitos intimamente ligados aos fenômenos de difusão, os quais podem recombinar-se ou dissolver-se na solução sólida.
Camargo, M.U.C – Estudo de danos de radiação em um aço inoxidável austenítico tipo AISI 321 com adições de Nb, submetido a tratamentos térmicos, mecânicos e irradiações com nêutrons rápidos – Tese de Mestrado IPEN-USP – 1979.
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Marcos Ubirajara de Carvalho e Camargo é Bacharel em Física pela PUC/SP, Mestre em Tecnologia Nuclear pelo IPEN-USP/SP-Brasil, e um estudioso do Budismo desde 1987. Das suas reflexões acerca das relações e paralelos entre os ensinamentos do Budismo e a Ciência, surgiu a decisão de realizar esse trabalho de tradução com o objetivo de dar acesso aos muitos milhões de pessoas de lingua portuguesa aos profundos ensinos do Buda Shakyamuni, cristalizados neste Sutra do Grande Veículo chamado Sutra da Flor de Lótus da Lei Maravilhosa, considerado o mais importante dos Sutras Mahayana.
WILK RAMON disse,
09/08/2008 às 11:00
1) Quais os 14 tipos de estruturas cristalinas ?
2)O que são células cristalinas Unitarias ?
3)O que é célula CF, CCC, CFC ?
muccamargo disse,
11/08/2008 às 9:40
Olá Wilk,
A classificação dos cristais segundo sua simetria é: cúbica, tetragonal, hexagonal, trigonal, rômbica, monoclínica e triclínica. Células cristalinas unitárias são a menor subdivisão de um sólido, mantendo todas as suas propriedades, e variam de um cristal para outro ou perante mudanças das condições de pressão, temperatura etc. Essa subdivisão, ao replicar-se, preenche todo o espaço ocupado por um monocristal. No caso dos sólidos monoatômicos, essa célula unitária possue um único átomo. As siglas designam tipos de estrutura, por exemplo: CCC (estrutura cúbica de corpo centrado) e CFC (cúbica de face centrada) e assim por diante. Este espaço não é muito apropriado para essas explicações. Porém, não deixa de ser interessante informar. Dê uma olhada neste link da Wikipédia: Cristal. Lá você encontrará muita informação deste tipo.
Um abraço.
Marcos Ubirajara.
jonatas disse,
30/09/2009 às 13:43
quais delas possuem maior densidade ou maior fator de empacotamento atômico?
muccamargo disse,
30/09/2009 às 17:09
Jonatas,
Acho que sua observação se refere ao comentário do Wilk e não ao post propriamente dito, né? Fator de empacotamento é uma razão entre o volume ocupado pelos átomos e o volume da célula unitária, certo? Ora, então é uma constante para os vários tipos de estruturas conhecidas, cujos valores são facilmente encontrados na literatura básica sobre estruturas cristalinas.
O post não tem essa finalidade, e nem o blog. A matéria aqui é Cristalofísica como um suporte analógico para um suposto Campo Unificado. Esse é o verdadeiro contexto das matérias colocadas aqui.
Há inúmeros sites, documentos e publicações na WEB onde você encontrará o que deseja.
Obrigado pela visita.
Marcos Ubirajara.
Gabriel Biangolino disse,
01/07/2010 às 15:42
Quais os conceitos de fase e microestrutura em sólidos em geral? mostrar q a microestrutura pode ser modificada por meio de técnicas simples de processamento. isso tudo para materiais monocristalinos e policristalinos mnonofásicos. sólidos não cristalinos monofásicos. sólidos polifásicos. processamento e evolução de microestrutura: fusão solidificação; processamento de pós.
teria como me ajudar ?
muccamargo disse,
01/07/2010 às 21:24
Olá Gabriel!
Se entendermos microestrutura como a forma de organização dos átomos no estado sólido, segundo o tipo de simetria, parâmetros de rede, etc.; as fases são as organizações próprias e estáveis dadas às certas faixas de temperatura. Por exemplo, estudei muitas ligas metálicas que mudam de fase (ou tipo de organização, simetria e parâmetros de rede) entre 600 e 650 graus centígrados, que é uma temperatura típica de ambientes de reatores atômicos. Só por exemplo. Fica um pouco difícil porque não sei seu grau acadêmico, e aqui tenho que me fazer entender por todos.
A microestrutura pode mudar através de vários processos, tais quais a transição de fases pelo aquecimento ou resfriamento, a introdução de impurezas, tensões, deformações, irradiações, etc. Tudo isso podemos entender como o estabelecimento de condições termodinâmicas de não-equilíbrio, dotando o meio cristalino de energia livre suficiente para promover as transformações. Isso eu estudei demais e você poderá ver muito a respeito na tese citada acima, e que está disponível na internet.
Quanto aos sólidos polifásicos, se entendi, você fala de precipitados ou fases meta-estáveis, o que é muito comum em caso de ligas submetidas a tratamentos térmicos. Isso é um assunto difícil para falar em tão poucas palavras. Mas, é o que mais me atrai porque é assim que vejo o mundo (sim, o Universo). Vamos falando por aí.
Grande abraço. Obrigado pela visita.
Marcos Ubirajara.