Sistemas cristalinoscerâmicos .Em que se baseia. . • Já os ligados de maneira preferencialmente covalente. o empacotamento não é máximo devido ao ângulo que está associado a esse tipo de ligação por ela ser direcional.. • A estrutura cristalina de um material cerâmico ligado ionicamente é determinado pelo número de átomos de cada elemento requerido para a eletroneutralidade distribuído em um empacotamento ótimo baseado nos tamanhos relativos dos raios. consiste em um empilhamento de ânions (maiores) nas posições normais das estruturas conhecidas (CS. HC ) com os cátions menores ocupando posições intersticiais. CFC.A maioria das estruturas cerâmicas. CCC. • • • • As posições dos cátions depende do modo do empilhamento: Número de coordenação = 8 : Os cátions se posicionam no interstício central do cubo que é maior Número de coordenação = 6 : Os cátions se posicionam nos interstícios octaédricos Número de coordenação = 4 : Os cátions se posicionam no interstício tetraédrico. . .INTERSTÌCIOS EM CÉLULAS CÚBICAS Interstícios octaédricos (a) e insterstícios tetraédricos (b) em uma estrutura cúbica de corpo centrado. Interstícios octaédricos (a) e insterstícios tetraédricos (b) em uma estrutura de faces centradas. • • Somente íons na faixa de tamanho apropriado são estáveis em cada posição intersticial Desta forma a relação entre o tamanho do cátion pelo do ânion tem influência na definição da estrutura cristalina . 225 NC = 6 ânions no vértice de um octaedro e cátions nos interstícios octaédricos. Razão mínima entre os raios de 0.• • • NC = 4 : ânions no vértice de um tetraedro e cátions nos interstícios tetraédricos Os átomos dessa estrutura possuem em geral alto grau de covalência nas ligações entre eles. Razão mínima entre os raios de 0. . NC = 8: ânions no vértice de um cubo e cátions no interstício octaédrico central do cubo. Razão mínima entre os raios de 0.732.414. . que causa certa direcionalidade estrutural. como estão sendo considerados aqui.Efeito da carga dos íons • • • Essas considerações que permitem estimar as possíveis estruturas são aproximadas já que os átomos não são esferas. afetando o número de coordenação. Essa exigência coloca uma limitação no posicionamento dos íons na estrutura. para manter a eletroneutralidade. Outro fator importante é a carga de cada íon: O número de ãnions e de cátions dentro de cada célula unitária deve ser proporcional ao indicado na fórmula química do composto. as ligações tem um percentual de covalência.. Fatores que interferem no sistema cristalino dos sólidos iônicos . todo seu volume estará na célula unitária em questão. • No meio da aresta 1/4 de seu volume na célula unitária em questão. • No centro da face 1/2 de seu volume na célula unitária em questão.Para o sistema cúbico: • Átomos nos vértices 1/8 de seu volume na célula unitária em questão. • No interior da célula unitária. . Estruturas cerâmicas: de um único elemento: Diamante-Grafita . cátion X. NiO. BaO.• • • • Estruturas cristalinas binárias: Tipo AX A. MnO. e muitos outros . VO.02/1. MgO.5635 NC=6 Desta forma ânions acupam posições equivalentes à uma rede CFC e os cátions os interstícios octaédricos Outros cerâmicos desse grupo: KCl. FeO.ânion Tipo Sal de rocha: NaCl: RNa / RCl =1. KBR. CdO. SrO. LiF.81 = 0.MnS. CaO. 939 NC=8 • Assim. ânions estão nos vértices do cubo e cátions no interstício octaédrico central • Outros cerâmicos: CsBr CsI .81= 0.70/1.ânion • Tipo cloreto de césio: • CsCl: RCs/RCl = 1.Estruturas cristalinas binárias: Tipo AX A.cátion X. SiC.ânion Tipo Blenda de Zinco: ZnS RZn/RS= 0.75/1.cátion X.• • Estruturas cristalinas binárias: Tipo AX A. • Outros cerâmicos desse grupo BeO.407 NC=4 • Desta forma ânions formam uma estrutura CFC e os cátions ocupam 4 interstícios tetraédricos. ZnTe Estruturas com forte caráter covalente.84= 0. . ânion Tipo Fluorita (CaF2): RCa/RF = 1. Outros cerâmicos desse grupo: ThO2. Como os cátions tem o dobro da carga dos ânions (valência 2 contra 1) somente metade dos interstícios centrais estão ocupados. CeO2 ZrO2 (em altas temperaturas) HfO2 PuO2 .75 NC=8 Logo ânions nos vértices do cubo e cátios no interstício central.33 =0.Estruturas cristalinas binárias: Tipo AX2 • • • • • A. . UO2.00/1.cátion X. para manter a eletroneutralidade. cátion X. Na+. • Mesma estrutura do grupo da fluorita mas com as posições entre o cátion e os ânions invertidas . K+. combinado com O-2 e S-2 formam compostos A2X .Estruturas cristalinas binárias: Tipo A2X A.ânion • Tipo anti-fluorita:A ligação entre Li+. Estruturas cristalinas binárias: Tipo A2X3 A.ânion • Estrutura tipo óxido de alumínio: • RAl/RO = NC=6 • Os ânions estão arranjados segundo uma estrutura HC e os cátions ocupam 4 interstícios octaédricos da estrutura hexagonal de forma a se ter em cada célula unitária 6 ânions e 4 cátions respeitando a fórmula química e o balanço de cargas .cátion X. Estruturas cristalinas ternárias: Tipo AmBn Xp A.cátion B.cátion X. como o titanato de Bário (TiBaO3) .ânion (perovskita) • Estruturas cerâmicas podem ter mais de um tipo de cátion. = 1.40 A = 0.867.40 A =0. CsBr e SiC ? • Resposta: Todos os três compostos são do tipo AX.NC=4.4. que estruturas cristalinas esperarias para o FeO. . um cátion para um ânion logo o número de coordenação para as duas espécies químicas são iguais.70 A / 1. Da tabela do slide 5 vê-se que o número de coordenação é de 6 (NC=6).96 A = 0.55 . Logo a estrutura será tipo Sal de Rocha (semelhante ao NaCl) • Para o CsBr: RCs+/RBr.16 A / 0.Exemplo:Estruturas Cristalinas • Com base nos raios iônicos.= 0. sendo o grau de covalência igual a 90%.77 A/1. Da mesma tabela – (slide5) . Logo a estrutura será tipo cloreto de césio (CsCl) • Para o SiC: RC4-/RSi4+ = 0. Da mesma tabela (slide 5) – NC=8. ou seja. • Para o FeO: Relação entre os raios RFe2+ /RO2. mas considerando também a eletroneutralidade do composto e a direcionalidade das ligações químicas. Logo a estrutura será tipo blenda de zinco (ZnS) que contempla também o ângulo necessário à ligação covalente. 98 A RCl= 1.67. Em geral o FEA nos compostos é pior que nos metais onde todos os átomos são iguais .Exemplo:Fator de Empacotamento atômico • • • • • • • Calcule o fator de empacotamento atômico para o NaCl RNa= 0. FEA= Vol. 4(4/3π RNa3) + 4(4/3π RCl3) / (2RNa + 2RCl)3 FEA = 0. Da cél unit. ou 67% da célula unitária está preenchida.81 A A célula unitária possui 4 átomos de sódio e 4 átomos de cloro. Dos átomos/Vol.