Defeitos ou imperfeições em sólidos

Defeitos ou imperfeições em sólidos

1. O que são defeitos ou imperfeições?

   • - Pequenas irregularidades na estrutura cristalina do sólido que provocam alterações nas suas propriedades; Ex: nas propriedades mecânicas (aumento da ductilidade) e na condutividade elétrica.  

2. Defeitos Pontuais

   • Em materiais sólidos
     • I) Lacuna
       •  Forma-se uma lacuna ou sitio vago na rede cristalina (falta de um átomo). Resulta de um empacotamento imperfeito durante a cristalização do material. TODOS os sólidos cristalinos têm lacunas. A lacuna aumenta da entropia do material.
     • Auto-intersticial
       • um átomo do cristal se encontra comprimido em um sitio intersticial e provocam uma distorção na estrutura cristalina.
   • Em misturas sólidas
     • Solução Sólida Substitucional
       • Determinam o grau com que o elemento soluto se “dissolve” (ocupa as posições da estrutura cristalina) no solvente: • Tamanho atômico similar (diferença de raio atômico de até 15%) • Estrutura cristalina similar (CCC, CFC...) • Eletronegatividade – quanto menor a diferença de eletronegatividade, maior a probabilidade de formação de uma solução sólida. • Valência – quanto maior a valência do soluto maior sua tendência de se dissolver no solvente.
     • Solução Sólida Intersticial
       • Átomos de soluto preenchem os interstícios da rede hospedeira.   Regras: Soluto em concentração máxima de 10% Solutos – átomos de tamanho pequeno
   • Em sólidos iônicos
     • A neutralidade de cargas deve ser mantida!
     • DEFEITO SCHOTTKY: lacuna aniônica + lacuna catiônica
       • Há um ânion e um cátion que estão faltando na rede cristalina, como se ambos tivessem migrado para a superfície do material.
     • DEFEITO FRENKEL: cátion intersticial + lacuna catiônica.
       • Um cátion saiu do seu lugar, deixando uma lacuna catiônica e está junto com outro cátion no interstício formado entre os ânions, formando um defeito de cátion intersticial

3. Defeitos Lineares ou unidimensionais

   • Cunha ou aresta
     • Forma-se um semi-plano a mais, acima da discordância os átomos estão pressionados uns contra os outros, criando uma zona de compressão. Abaixo da discordância são separados uns dos outros, criando uma zona de tração.
   • Espiral ou Hélice
     • A distorção na rede cristalina é devido a uma tensão de cisalhamento aplicada; - As discordâncias se originam mais comumente durante processos de deformação

4. Defeitos Interfaciais (bidimensionais)

   • Separam regiões com diferentes estruturas cristalinas e/ou diferentes orientações cristalográficas. 
   • Superfícies externas
     • - Átomos da superfície apresentam ligações químicas insatisfeitas (incompletas) e por isso apresentam um estado de energia mais elevado comparado aos átomos internos do material.  - As ligações insatisfeitas dos átomos da superfície dão origem a uma energia de superfície ou energia interfacial
   • Contornos de grão
     • - Ocorre em materiais policristalinos, durante sua solidificação;  -  A maior parte dos materiais são compostos por um conjunto de pequenos cristais ou grãos. Como a orientação cristalográfica é aleatória, o encontro de dois grãos forma uma superfície na qual existe um desarranjo atômico.
   • Contorno de Macla
     • - As maclas podem ser consideradas como um tipo especial de contorno de grão no qual existe uma simetria especular, ou seja, os átomos de um lado do contorno estão localizados em uma posição que é a posição refletida do outro lado (como se fosse um objeto e sua imagem em um espelho); - Resultam de deslocamentos atômicos produzidos por tensões de cisalhamento (maclas de deformação, comuns em metais com estrutura CCC ou HC) ou durante tratamento térmico (maclas de recozimento, comuns em estruturas CFC)
   • Falha de Empilhamento
     • Vimos que es estruturas cristalinas de maior densidade (CFC e HC) apresentam sequencias de empilhamento nas camadas de átomos. No caso de uma falha de empilhamento, ocorreria uma falha nas sequencias de camadas