Compare o estado cristalino nos metais, nas cerâmicas e nos polímeros.

Passo 1

O enunciado pede para comparar o estado cristalino em três classes de materiais: metais, cerâmicas e polímeros. O conteúdo é microestrutura de materiais, em particular arranjos atômicos periódicos (cristalinos) e não periódicos (amorfo ou semicristalino). Vamos definir o que é cristalino e depois descrever cada caso.

Passo 2

Definimos estado cristalino como o arranjo atômico ou iônico periódico em três dimensões, descrito por uma cela unitária que se repete em um retículo. Materiais cristalinos apresentam planos e direções cristalográficas bem definidos, defeitos puntiformes, lineares e de contorno de grão; já materiais amorfos não têm essa periodicidade.

Passo 3

Nos metais o empacotamento atômico é denso e altamente ordenado. Em geral formam estruturas cristalinas simples como
\text{FCC (face-centered cubic)},\quad \text{BCC (body-centered cubic)},\quad \text{HCP (hexagonal close-packed)}.
Cada grão metálico é um cristal orientado de forma aleatória, resultando num material policristalino. A alta densidade de empacotamento e a existência de múltiplos sistemas de deslizamento garantem ductilidade e maleabilidade.

Passo 4

Nas cerâmicas os átomos formam redes iônicas ou mistas iônico-covalentes, com estruturas mais complexas (por exemplo, zircônia tetragonal, alumina coríndon). A falta de muitos sistemas de deslizamento torna-as frágeis: a fratura ocorre por clivagem ao longo de planos cristalográficos. Geralmente são policristalinas, com poros e múltiplas fases, mas cada fase mantém sua rede cristalina.

Passo 5

Nos polímeros lineares ou ramificados as macromoléculas podem cristalizar em parte do volume, mas não como redes atômicas rígidas. A cristalização ocorre por dobramento de cadeias em lamelas que formam regiões cristalinas embebidas em uma matriz amorfa. O grau de cristalinitidade varia tipicamente entre \sim10\% e \sim80\%, conferindo propriedades intermediárias entre cristalino e amorfo e forte anisotropia.

Passo 6

Comparando em termos de periodicidade e consequências macroscópicas:
  • Metais: estrutura cristalina plena, alta ductilidade, isotropia média (policristalino).
  • Cerâmicas: estrutura cristalina plena mas com ligações rígidas, alta dureza e fragilidade.
  • Polímeros: semicristalinos, mistura de regiões cristalinas e amorfas, grau de cristalinidade moderado e anisotropias marcantes.

Resposta

Metais formam redes atômicas densas (FCC, BCC, HCP) em grãos policristalinos, com alta ductilidade e múltiplos planos de deslizamento.
Cerâmicas têm redes iônicas ou iônico-covalentes complexas, também policristalinas, mas frágeis devido a poucos sistemas de deslizamento.
Polímeros são semicristalinos: cadeias longas dobram-se em lamelas cristalinas num meio amorfo, com grau de cristalinitidade variável \sim10\%–80\% e propriedades anisotrópicas.

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