As estruturas dos materiais em escala atômica geralmente seguem um padrão ordenado e repetitivo relacionado à cristalinidade, por isto são chamadas de estruturas cristalinas.
Estas estruturas cristalinas estão diretamente relacionadas com as propriedades físicas e as propriedades químicas que os metais apresentam. Por conta disso, é muito importante conhecer as principais estruturas cristalinas dos materiais metálicos.
Estrutura Cristalina Cúbica Simples (CS)
Esta é uma estrutura hipotética para metais puros, não é vista na prática, mas serve de base para compreender as estruturas cristalinas seguintes.
O formato que apresenta é cúbico, possuindo um oitavo de átomo em cada um dos seus oito vértices. O parâmetro de rede da célula unitária desta estrutura corresponde ao diâmetro do átomo.
Como possui apenas um átomo em cada célula da estrutura, a estrutura cúbica simples se mostra pouco compacta, apresentando 52% de fator de empacotamento. Por conta desta baixa compactação, os metais tendem a se solidificar em outras estruturas.
Estrutura Cristalina Cúbica de Face Centrada (CFC)
Esta estrutura cristalina possui um oitavo de átomo em cada um dos oito vértices do seu cubo e apresenta metade de um átomo em cada uma das suas seis faces, possuindo assim 4 átomos no total. O seu número de coordenação é igual a doze, o que significa que cada átomo faz fronteira com doze átomos vizinhos.
O parâmetro de rede desta estrutura se relaciona com o raio atômico com a constante duas vezes a raiz quadrada de dois. O fator de empacotamento que esta estrutura cristalina apresenta é de 74%, sendo o maior valor possível de compactação possível.
Dentre as propriedades físicas e químicas que a estrutura CFC apresenta, pode se falar da sua elevada ductilidade e da sua maior difusibilidade em comparação a outras estruturas cristalinas.
Metais como o alumínio, o cobre, o ouro, o chumbo e o níquel apresentam esta estrutura cristalina, assim como o ferro puro acima de 912 °C.
Estrutura Cristalina Cúbica de Corpo Centrado (CCC)
Esta estrutura, assim como as outras estruturas cúbicas, apresenta um oitavo de átomo em cada um dos oito vértices e um átomo totalmente contido no centro da sua célula unitária. Assim esta estrutura possui dois átomos ao todo.
Seu número de coordenação é igual a oito e seu parâmetro de rede se relaciona com o raio atômico por meio da constante quatro dividido por raiz quadrada de 3.
O seu fator de empacotamento é de 68%, o que é maior do que o visto pela estrutura CS e menor do que o apresentado pela estrutura CFC.
O ferro abaixo de 912 °C, o cromo, o molibdênio e o tungstênio são alguns exemplos de metais que possuem a estrutura cristalina CCC.
Estrutura Cristalina Hexagonal Compacta (HC)
Nem todos os metais tendem a formar estruturas cristalinas cúbicas, alguns podem se organizar em estruturas mais complexas, como a estrutura hexagonal compacta.
Esta estrutura tem a forma de um prisma de base hexagonal, no qual um sexo de átomo está localizado em cada vértice, metade de um átomo no centro de cada face e três átomos estão contidos no centro da estrutura. Assim, a estrutura HC possui seis átomos ao todo.
Assim como a estrutura cristalina CFC, a estrutura hexagonal compacta apresenta número de coordenação igual a 12 e fator de empacotamento de 74%.
Dentre os metais que possuem esta estrutura cristalina, podem ser citados o titânio, o zinco e o cobalto.
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