CRISTALOGRAFIA

CRISTALOGRAFIAProf. Msc. Marcelo José Della Mura Janniniemail: marcelo.jannini@puc-campinas.edu.br

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Cristais de neve

Histórico

(28 de fevereiro de 1743 – 3 de junho de 1822)Pioneiro no estudo da geometria dos cristais!

René Just Haüy - Saint-Just-en-Chaussée

Fragmentos de calcita não aleatórios: obedeciam uma lei geométrica

relação geométrica dos cristais de calcita

Leis de Haüy

Dureza na escala de Mohs: 3.Peso específico: 2,6 - 2,8.Cor: transparente, branco, outros.Cor do traço: branco.Brilho: vítreo.Cristais: hexagonal.Fratura: muito bem nas três direções.Origem: hidrotermal, sedimentário.Etimologia: do latim Calx, cal queimada.Reage fortemente com ácido clorídrico.

A chamada água dura, é uma água encontrada em regiões ricas em calcita contendo uma alta concentração de cálcio. Se a concentração for muito alta, a água não faz espuma em contato com o sabão.

Ficha técnica - mineralógica calcita

Christian Westfeld (1746 - 1823) definiu o conceito de célula unitária.

Christian Weiss (1780 - 1856) classificou os cristais nos diferentes sistemas cristalográficos que são atualmente utilizados.

É a ciência experimental que tem como objeto de estudo a disposição dos átomos em sólidos.

Definição de Cristalografia

É também a ciência experimental que estuda o cristal, ou cristais.

Cristal: qualquer sólido com estrutura interna ordenada, possua ele ou não faces externas.

De uma forma mais ampla: um sólido homogêneo possuindo ordem interna tridimensional que, sob condições favoráveis, pode manifestar-se externamente por superfícies limitante, planas e lisas.

Definição de Cristal

MATÉRIAAbordagem geral sobre a constituição da matéria:

Constituída por partículas subatômicas.

Abordagem cristalográfica:

“Edifício” de partículas materiais (átomos, íons poliatômicos ou moléculas).

Estados físicos da matéria

Três tipos de agregaçãodas partículas

Três leis de comportamentosdistintos da matéria

três estados físicos da matéria

Gases:- átomos ou moléculas bem separadas;- organização aleatória;- translação retilínea;- alteração de movimento por deflexão causada pela colisões acidentais;- pressão aumenta com temperatura

Líquidos:- fluidez sob ação de tensões tangenciais (forma variável);- sup. livre e expansibilidade limitada;- baixa compressibilidade;

Estados físicos da matériaO ESTADO SÓLIDO

Estado vítreo (estado amorfo)

Em relação aos líquidos:- menor agitação molecular;- baixa fluidez!

Em relação aos sólidos:- distribuição irregular das moléculas;- insensíveis às transformações de estado;- sem descontinuidade nos valores de propriedades físicas quando aquecidos.

Estado cristalino (estado cristalino)

Em relação aos líquidos:- menor agitação molecular;- baixa fluidez!

Em relação aos sólidos: - ordenação regular de átomos e moléculas no espaço;-posição média definida (pequenas oscilações);- sensíveis às transformações de estado;- descontinuidade nos valores de propriedades físicas;

Sólido amorfo, material amorfo ou substância amorfa é a designação dada à estrutura que não têm ordenação espacial a longa distância (em termos atómicos), como os sólidos regulares.

É geralmente aceito como o oposto de estrutura cristalina. As substâncias amorfas não possuem estrutura atômica definida.

Algumas substâncias comuns no dia-a-dia são amorfas,como o vidro, o poliestireno e até mesmo o algodão-doce

Sólido amorfo

Sólido cristalinoA estrutura cristalina de um sólido é a designação dada ao conjunto de propriedades que resultam da forma como estão espacialmente ordenados os átomos ou moléculas que o constituem.

Estados físicos da matéria

0 1 2 3 4 5 6 7 80

1

2

3

4

5

6

Tem

per

atu

ra

Tempo

Vidro

0 1 2 3 4 5 6 7 80

1

2

3

4

5

P.F.

P.E.

Tem

per

atu

raTempo

Cristal

Curva de variação da temperatura em função do tempo para um vidro (à esquerda) e um cristal (à direita)

2 4 6

2

3

4

5

6

7

8

T

Cp1

Cp2

Cp

P.F.

Cristal

2 3 4 5 6 7 8

2

3

4

5

6

7

8

P.F.

Cp1

Cp2

Cp Vidro

Estados físicos da matéria

Curvas de variação do calor específico (Cp) com a temperatura para um cristal à esquerda e para o vidro à direita.

PROPRIEDADES FÍSICASRelação entre grandezas associadas suscetíveis de medição:

- Propriedades expressas por grandezas escalares

1. Capacidade calorífica: relação entre calor cedido a um corpo e o aumento da temperatura do mesmo;

Q = Cp/Δt

2. Massa específica: relação entre a massa e o volume de um corpo:d = m/V

Exemplos:

1. Capacidade calorífica do gelo: 0,55 cal/g oC2. Massa específica do quartzo: 2,65 g/cm3

PROPRIEDADES FÍSICAS- Propriedades expressas por grandezas vetoriais ou

direcionais: os valores dessas propriedades variam de acordo com a direção considerada.

1. Condutibilidade térmica: medida da facilidade/dificuldade de um corpo conduzir calor.

kcal/h *m* ºC

Exemplo: A condutibilidade térmica de um cristal de quartzo é

40% maior no sentido de suas arestas do que perpendicularmente a suas faces

Quando numa substância, uma dada propriedadedirecional manisfesta efetivamente valores variáveiscom a direção, tal substância é ANISOTRÓPICA.

aresta

face

PROPRIEDADES FÍSICAS

Propriedades físicas

Escalares

Direcionais

Contínuas

Descontínuas

Propriedades físicas direcionais contínuas: propriedades que são representadaspor quadráticas (geralmente elipsóides).

Ex: dilatação térmica, propriedades ópticas, condutibilidade térmica e elétrica.

Propriedades físicas direcionais descontínuas: propriedades que se afastam de umarepresentação quadrática. São representadas por um feixe descontínuo de direções. Ex: dureza, clivagem, difração de raios-x, velocidade de crescimento de facescristalinas, etc...

PROPRIEDADES FÍSICAS DIRECIONAIS

Superfície representativa da dilatação térmica, na calcite. Os coeficientes principais de dilatação térmica

linear são: αz=23,6 X 10-6 (°C)-1, αx= αy= -5,3 X 10-6(°C)-1

DIRECCIONAL CONTÍNUA OU DESCONTÍNUA ?

PROPRIEDADES FÍSICAS DIRECIONAIS

O elipsóide resultante da deformação de uma esfera de calcite por aquecimento.

DIRECCIONAL CONTÍNUA OU DESCONTÍNUA ?

PROPRIEDADES FÍSICAS DIRECIONAIS

Módulo de Young (E): é um parâmetro mecânico que proporciona uma medida da rigigez de um material sólido. Obtém-se da razão entre a tensão (ou pressão) exercida e a deformação unitária sofrida pelo material.

                                                                   

onde (em unidades do SI):E é o módulo de Young, medido em pascal.F é a força medida em Newton.A é a área da secção através da qual é exercida a tensão, e mede-se em metros quadrados.x é a extensão, o incremento na longitude, medido em metros.l é o comprimento inicial medido em metros.

SUPERFÍCIE REPRESENTATIVA DO MÓDULO DE YOUNG PARA UM CRISTAL CÚBICO

DIRECCIONAL CONTÍNUA OU DESCONTÍNUA ?

O CRISTAL PIEZOELETRICOO cristal piezoelétrico é um cristal que, quando submetido a uma pressão, gera um campo elétrico que pode ser coletado como tensão.

CLIVAGEM

AN(ISOTROPIA)

QUAIS OS TIPOS ESTRUTURAIS DA MATÉRIA ?

O QUE É MATÉRIA CRISTALINA E UM CRISTAL ?