Conceito e exemplos Estrutura de material

O Estrutura do material É a maneira pela qual seus componentes estão ligados e manifestados em diferentes escalas de observação. Entenda por componentes átomos, moléculas, íons, correntes, aviões, cristais, grãos cristalinos, entre outros conjuntos de partículas. E por sua vez, em relação às escalas de observação, nos referimos ao Nano, Micro e Macroestruturas.

Dependendo do tipo de ligação química presente nas estruturas dos materiais, diferentes propriedades mecânicas, químicas, ópticas, térmicas, elétricas ou quânticas ocorrerão. Se o link for iônico, o material será iônico. Enquanto isso, se o link for metálico, o material será metálico.

A madeira, por exemplo, é um material polimérico e fibroso, porque é feito de polissacarídeos de celulose. As interações efetivas entre suas cadeias de celulose definem um corpo duro, capaz de moldar, cortar, tingir, polir, chisely.

É necessário que todo o material seja matéria que cumpra um propósito na vida ou na história da humanidade. Conhecendo suas estruturas, novos materiais com propriedades otimizadas para determinadas aplicações, sejam industriais, domésticas, artísticas, computacionais ou metalúrgicas.

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Estrutura de materiais metálicos

Materiais de metal cobrem todos os metais e suas ligas. Suas estruturas são compostas de átomos fortemente compactados, por outro. Dizem que eles consistem em cristais de metal, que permanecem fixos e coesos graças ao link metálico que existe entre todos os seus átomos.

Entre as estruturas cristalinas mais comuns para metais estão centralizadas no corpo (BCC), o cúbico centrado nas faces (FCC) e o compacto hexagonal (HCP), sendo este o último o mais denso. Muitos metais, como ferro, prata, cromo ou berílio, são caracterizados por atribuir cada uma dessas três estruturas.

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No entanto, essa descrição não é suficiente para descrevê -los como materiais.

Cristais de metal podem adotar mais de um ou tamanho. Assim, no mesmo metal, mais de um será observado. De fato, haverá muitos deles, que são mais conhecidos com o termo grão cristalino.

A distância que separa os grãos um do outro é conhecida como limite de borda ou grão e, juntamente com os defeitos cristalinos, um dos fatores mais determinantes nas propriedades mecânicas dos metais.

Estrutura de materiais cerâmicos

Esferas de dióxido de zircônio, novo material cerâmico. Fonte: Lucasbosch, Wikimedia Commons

A maioria dos materiais pode ser descrita como na seção anterior, ou seja, dependendo dos cristais, seus números, tamanhos ou formas. O que varia, no entanto, no caso de materiais cerâmicos, é que seus componentes não consistem apenas em átomos, mas de íons, freqüentemente localizados em uma base amorfa de silicato.

Portanto, a cerâmica tende a ser semicristalina ou completamente materiais cristalinos quando o dióxido de silício está ausente. Em suas estruturas, predominam as ligações iônicas e covalentes, sendo o iônico mais importante. Geralmente, a cerâmica são materiais poliristais; isto é, eles consistem em muitos pequenos cristais.

A cerâmica são materiais de composições muito variáveis. Por exemplo, carbonetos, nituro e fosfuros são considerados cerâmicos e, em suas estruturas compostas por redes tridimensionais, o vínculo covalente é governado. Isso lhes dá a propriedade de serem materiais de resistência térmica muito difíceis e de alta.

A cerâmica vítrea, por ter uma base de dióxido de silício, são considerados amorfos. Portanto, suas estruturas são confusas. Enquanto isso, existem cerâmicas cristalinas, como alumínio, magnésio e óxidos de zircônio, cujas estruturas são compostas de íons unidos pelo vínculo iônico.

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Estrutura de materiais cristalinos

A estrutura cristalina de cloreto de sódio, NaCl, um composto iônico típico. Esferas roxas representam cátions de sódio, Na +e esferas verdes representam ânions de cloreto, Cl.

Materiais cristalinos integram uma grande família de materiais. Por exemplo, metais e cerâmicos são classificados como materiais cristalinos. Estritamente falando, materiais cristalinos são todos cujas estruturas são ordenadas, independentemente de serem compostas de íons, átomos, moléculas ou macromoléculas.

Todos os sais e a grande maioria dos minerais entram nesta classificação. Por exemplo, calcário.

Os cristais de açúcar, por outro lado, são feitos de moléculas de sacarose. Como tal, o açúcar não é um material, a menos que castelos, caixas, móveis ou cadeiras de açúcar sejam construídos. Então o açúcar se tornaria um material cristalino. O mesmo raciocínio se aplica a todos os outros sólidos moleculares, incluindo gelo.

Estrutura de materiais ferrosos

Austenita, ordenação de átomos de carbono e ferro. Fonte: Wikimedia Commons

Materiais ferrosos são todos aqueles que consistem em ferro e suas ligas com carbono. Portanto, os aços contam como materiais ferrosos. Suas estruturas, como as de metais, são baseadas em cristais de metal.

No entanto, as interações são um pouco diferentes, pois os átomos de ferro e carbono fazem parte dos cristais, então você não pode falar sobre um vínculo metálico entre os dois elementos.

Outros exemplos

Nanomateriais

Nanotubos de carbono. Fonte: Wikimedia Commons

Muitos nanomateriais, como os materiais já discutidos, também são descritos dependendo de seus nanocristais. No entanto, isso inclui outras unidades estruturais mais exclusivas, compostas por menos átomos.

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Por exemplo, estruturas nanomateriais podem ser descritas por átomos ou moléculas ordenadas na forma de esferas, miscetais, tubos, planos, anéis, pratos, cubos, etc., que podem ou não gerar nanocristais.

Enquanto em todas essas nanoestruturas a ligação iônica pode estar presente, como nas nanopartículas de inúmeros óxidos, a ligação covalente é mais comum, responsável por fornecer os ângulos de separação necessários entre os átomos.

Materiais poliméricos

Estrutura química do polietileno

As estruturas de materiais poliméricos são predominantemente amorfos. Isso ocorre porque seus polímeros em conformidade são macromoléculas que dificilmente conseguem ser encomendado periodicamente ou repetidamente.

No entanto, em polímeros, pode haver regiões relativamente ordenadas; portanto, alguns são considerados semicristalinos. Por exemplo, polietileno de alta densidade, poliuretano e polipropileno são considerados polímeros semicristalinos.

Materiais hierárquicos

Os materiais hierárquicos são vitals de natureza e apoiam os corpos vivos. A ciência dos materiais é incansavelmente dedicada a imitar materiais, mas usando outros componentes. Suas estruturas são "desarmáveis", começando com as menores partes da maior, o que seria o suporte.

Por exemplo, um sólido composto por várias camadas de espessura diferente, ou que possui cavidades tubulares e concêntricas ocupadas por átomos, serão consideradas de estrutura hierárquica.

Referências

1. Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (Quarta edição). Mc Graw Hill.
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3. Marc Ander Meyers e Krishan Kumar Chawla. (s.F.). Materiais: estrutura, propriedades e desempenho. [PDF]. Cambridge University Press. Recuperado de: ativos.Cambridge.org
4. universidade de Washington. (s.F.). Metais: estruturas de metais. Recuperado de: deptos.Washington.Edu
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