O que são estruturas cristalinas dos metais?

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Os materiais sólidos podem ser cristalinos ou amorfos. O conceito de estrutura cristalina está relacionado à organização dos átomos de forma geométrica.

As estruturas cristalinas estão presentes em diversos materiais, em que os átomos distribuídos dentro de sua estrutura formam uma rede chamada retículo cristalino. Possuem, portanto, estruturas cristalinas os sais, metais e a maior parte dos minerais.

Estrutura cristalina do NaCl

As moléculas das estruturas cristalinas podem possuir dois tipos de ligações, as direcionais, em que se incluem as covalentes e dipolo-dipolo e as não-direcionais em que estão as ligações metálica, iônica, van der Walls.

As estruturas cristalinas são formadas por células unitárias que são sua unidade básica, pois constituem o menor conjunto de átomos associados encontrados numa estrutura cristalina.

Há sete tipos de sistemas cristalinos que abrangem as substâncias conhecidas pelo homem:

• Cúbico: em que todos os ângulos são iguais a 90º
• Tetragronal: em que todos os ângulos são iguais a 90º
• Ortorrômbico:  em que todos os ângulos são iguais a 90º
• Monoclínico: em que há dois ângulos iguais a 90º e dois ângulos diferentes de 90º
• Triclínico: em que todos ângulos são diferentes e nenhum é igual a 90º
• Hexagonal: em que dois ângulos são iguais a 90º e um ângulo é igual a 120º
• Romboédrico: em que todos os ângulos são iguais, mas diferentes de 90º.

Para cada possível localização dos átomos, íons ou moléculas em determinados pontos, há uma classificação das estruturas cristalinas em redes de Bravais. Assim, pode-se representar por uma tabela com os dados de uma das sete classificações acima, de acordo com o material escolhido.

Estrutura do diamante

É característica dos elementos metálicos a transformação de líquido para sólido, adquirindo aspecto de estruturas densas, como a cúbica de corpo centrado.

Quando o mesmo elemento ou composto químico apresenta diferentes formas cristalinas de acordo com as condições de pressão e temperatura, esse fenômeno é chamado polimorfismo. Como exemplo tem-se o Ferro (Fe), que pode apresentar as estruturas CFC (cristalina cúbica de faces centradas) e CCC (cristalina cúbica de corpo centrado), aspecto que deve ser considerado em sua utilização, como em processos metalúrgicos.  O carbono também é um exemplo de elemento polimórfico, presente no diamante, que é uma estrutura extremamente dura, e também no grafite, que é quebradiço.

A maior parte do conhecimento a respeito das estruturas cristalinas são adquiridas através de técnicas de raio-x, possibilitando a obtenção de informações a respeito da localização correta de cada átomo.

Estrutura do grafite

As estruturas cristalinas possuem características como a piezoeletricidade, que é a capacidade de gerar uma corrente elétrica se houver algum tipo de pressão mecânica; ferroeletricidade que, embora não conduzam corrente elétrica, de acordo com a sua temperatura desenvolvem a polarização espontânea, que pode ser invertida possibilitando a utilização de um campo elétrico externo; efeito piroelétrico em que o aumento de temperatura causará a polarização espontânea, em que se poderá utilizar o campo elétrico gerado na superfície do material e são semicondutores.

Em função destas propriedades, os materiais com estruturas cristalinas são amplamente usados pela indústria na confecção de termômetros, transistores, máquinas fotográficas, relógios e balanças.

Fontes:
NEVES, Paulo Cesar Pereira. Introdução à mineralogia prática. 2ª Ed. Canoas: ULBRA. 2008.

WIKIPEDIA. Disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/Estrutura_cristalina>.

https://web.archive.org/web/20100130073913/http://www.cdcc.sc.usp.br:80/elementos/carbono.html

Texto originalmente publicado em https://www.infoescola.com/quimica/estrutura-cristalina/