Ciência dos Materiais

Ciência dos Materiais – Defeitos da Estrutura Cristalina

Oi, pessoal! Nessa aula de Princípio de Ciências dos Materiais, vamos estudar os Defeitos da Estrutura Cristalina. Até agora a gente só viu sólidos cuja estrutura cristalina era perfeita, só que isso não acontece, é só para fins de estudo. Na verdade, os sólidos têm defeitos que são classificados de acordo com as suas dimensões.

Eles podem ser:

  • Defeitos pontuais: que a gente classifica com dimensão “zero”;
  • Defeitos lineares: que têm dimensão “um”;
  • Defeitos planares: que têm dimensão “dois”; e
  • Defeitos volumétricos: que têm dimensão “três”.

Vamos analisar cada um deles.

O que são defeitos pontuais?

São impurezas intersticiais ou substitucionais ou vacâncias, que são lacunas. O que é isso?

Nos materiais, devido às suas temperaturas, as moléculas deles estão sempre vibrando e, quanto maior a temperatura, maior a vibração. Isso vai provocar o aumento da ocorrência de vacâncias, ou lacunas, que são quando átomos de sua estrutura saem da sua posição. Ou então, pode causar impurezas substitucionais e intersticiais que são quando você tem algum átomo dentro da sua estrutura cristalina, ocupando os espaços vazios entre os átomos daquela estrutura. Esses espaços vazios são chamados de interstícios.

Visualização de defeitos pontuais

Ciência dos Materiais - Defeitos da Estrutura Cristalina

Auto-intersticial: átomo da própria rede ocupando um insterstício

Impureza Substitucional: átomo diferente ocupando uma vacância

Impureza Intersticial: átomo diferente ocupando um insterstício

Vacância: ausência de átomo

Tem como a gente calcular essa concentração de defeitos através da fórmula:

Ciência dos Materiais - Defeitos da Estrutura Cristalina - Fórmula

Onde CD, que é a concentração de defeitos, é igual ao número de defeitos (ND), dividido pelo número de espaços da rede cristalina (N). Ou então a gente pode calcular usando Euler elevado a menos a energia de ativação para aquele defeito (QD), dividida pela constante de Boltzmann (K=8,62 . 10-5 eV/atom.K) vezes a temperatura absoluta (K), que é a temperatura em Kelvin.Ciência dos Materiais - Defeitos da Estrutura Cristalina - Fórmula

Como calcular a concentração de defeitos (exercício resolvido)

Nesse exercício é nos dado uma amostra de cobre, e é pedido a concentração de vacâncias, ou seja, de lacuna, nesse cobre a 200 ºC e 1080 ºC.

A primeira coisa que a gente tem que fazer é transformar a temperatura para Kelvin, porque, na nossa fórmula, vamos precisar da temperatura absoluta. Dúvida de como transformar temperaturas? Então, 200 ºC vão ser 473 K e 1080 ºC equivalem à 1353 K. Agora é só jogar tudo na fórmula.

Foi nos dado a energia de ativação (0,9), e a constante de Boltzmann a gente já sabe que é 8,62 . 10-5.

Então, vamos lá… A fórmula que vamos usar é concentração de defeitos é igual a Euler de menos Qd, dividido por K vezes T.Ciência dos Materiais - Defeitos da Estrutura Cristalina - Fórmula

Então, vamos fazer primeiro para a temperatura 1, de 473 K.

Ciência dos Materiais - Defeitos da Estrutura Cristalina - Exercício

Agora, vamos fazer para a temperatura 2, de 1353 K.

Ciência dos Materiais - Defeitos da Estrutura Cristalina - Exercício

É isso, pessoal. Esse foi um exercício rapidinho mas espero que tenham aprendido como calcular a concentração de defeitos. Até a próxima aula!

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