Porque cristais metálicos deformam plasticamente e cristais iono-covalentes não?
Passo 1
O enunciado pergunta por que cristais metálicos conseguem sofrer deformação plástica enquanto cristais iono-covalentes não, ou seja, por que nos metais acontece escoamento plástico via movimento de discordâncias (dislocations) e nos sólidos iônicos ou covalentes isso não é possível. Para responder vamos usar conceitos de estrutura cristalina, tipos de enlace e movimento de discordâncias.
Passo 2
Deformação plástica em sólidos cristalinos se dá principalmente pelo movimento de discordâncias ao longo de planos de deslizamento (slip planes). Uma discordância é uma falha linear na rede que, ao se deslocar sob uma tensão de cisalhamento, permite que camadas atômicas “deslizem” umas sobre as outras sem quebrar todas as ligações de uma só vez. A facilidade desse movimento depende da geometria da rede e da natureza do enlace químico.
Passo 3
Nos cristais metálicos o enlace é não-direcional: os elétrons estão deslocalizados e ligam todos os átomos de modo uniforme. As redes metálicas típicas (como cúbica de face centrada ou cúbica de corpo centrado) têm altos índices de empacotamento e vários planos densos, por exemplo
ou
, que formam sistemas de slip com muitos graus de liberdade. Assim, a energia de ativação para mover uma discordância é baixa e basta uma tensão moderada para que ocorra o escoamento plástico.
Passo 4
Já nos cristais iônicos e covalentes o enlace é altamente direcional ou sensível à distância:
– Em cristais iônicos, ao tentar deslizar planos vizinhos, íons de mesma carga ficariam próximos, gerando forte repulsão coulombiana e exigindo energia muito alta para a movimentação da discordância.
– Em cristais covalentes (como diamante ou sílica), as ligações são extremamente fortes e localizadas, de modo que o deslizamento implicaria romper muitas ligações compensatórias de uma só vez, o que consome energia excessiva.
Como o movimento de discordâncias fica virtualmente impedido, qualquer tensão leva diretamente à fratura em vez de deformação plástica.
– Em cristais iônicos, ao tentar deslizar planos vizinhos, íons de mesma carga ficariam próximos, gerando forte repulsão coulombiana e exigindo energia muito alta para a movimentação da discordância.
– Em cristais covalentes (como diamante ou sílica), as ligações são extremamente fortes e localizadas, de modo que o deslizamento implicaria romper muitas ligações compensatórias de uma só vez, o que consome energia excessiva.
Como o movimento de discordâncias fica virtualmente impedido, qualquer tensão leva diretamente à fratura em vez de deformação plástica.
Resposta
Cristais metálicos deformam plasticamente porque têm enlaces não-direcionais e redes altamente simétricas com múltiplos planos de deslizamento onde discordâncias se movem com baixa energia. Já nos cristais iono-covalentes, a movimentação de discordâncias exigiria ultrapassar fortes repulsões entre íons de mesma carga ou romper muitas ligações direcionais de alta energia, impedindo o escoamento plástico e levando à fratura frágil.