4- O que acontece com a estrutura cristalina de um metal quando átomos substitucionais são adicionados?

Passo 1

Beleza, vamos lá. O enunciado pergunta: “O que acontece com a estrutura cristalina de um metal quando átomos substitucionais são adicionados?”
Conteúdo: metálicos e soluções sólidos (substitucionais).
O que vamos precisar:
  • Saber o que é um átomo substitucional;
  • Entender como esse átomo “cabe” no retículo cristalino;
  • Ver o efeito na distância interatômica e nos planos cristalinos.

Passo 2

Primeiro, o que é átomo substitucional?
– É quando você troca alguns átomos do metal “puro” (chamado hospedeiro) por átomos de outro elemento com tamanho parecido.
– Exemplo clássico: em ligas de cobre (Cu), trocar alguns átomos de Cu por átomos de níquel (Ni).
Esses átomos ficam nas posições regulares do retículo, não no espaço entre elas (isso seria intersticial).

Passo 3

Como o retículo reage a essa troca?
  1. Diferença de raio atômico: se o átomo substitucional for maior ou menor que o hospedeiro, ele “puxa” ou “empurra” os vizinhos.
  2. Isso causa uma distorsão elástica no retículo, ou seja, as distâncias originais a = a0 + k,x entre planos cristalinos mudam para .
    Pela lei de Vegard, em primeira aproximação: onde
    é o parâmetro de rede da liga,
    do metal puro,
    fração atômica do substituinte,
    constante experimental que reflete a diferença de tamanho.

Passo 4

Quais são as consequências práticas dessa distorção?
  • Retículo mantém a mesma estrutura (FCC, BCC etc.), só com parâmetro de rede ligeiramente alterado;
  • Gera tensões internas que dificultam o movimento de discordâncias (defeitos que permitem deformação plástica);
  • Resultado: endurecimento e aumento da resistência mecânica da liga.

Resposta

Quando átomos substitucionais entram no cristal, eles ocupam posições regulares do retículo, provocam distorções elásticas (mudança no parâmetro de rede conforme Vegard) mas não alteram o tipo de rede (FCC, BCC etc.). Essas distorções geram tensões internas que deixam o metal mais duro e resistente.

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