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
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
e
, 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 e propriedades anisotrópicas.
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