Questão 11. Quais são os principais tipos de defeitos pontuais encontrados nos sólidos cristalinos? Defina uma solução sólida substitucional. O que deve ocorrer na microestrutura de um sólido, quando o limite de solubilidade de um soluto em um solvente é excedido?
Passo 1
Beleza, a questão é de Ciência dos Materiais, mais especificamente sobre defeitos pontuais em sólidos cristalinos e soluções sólidas. A gente vai precisar:
- Listar e entender os tipos de defeitos pontuais (vacâncias, intersticiais etc.).
- Definir o que é uma solução sólida substitucional.
- Explicar o que rola na microestrutura quando você passa do limite de solubilidade do soluto no solvente.
Passo 2
Primeiro, os principais defeitos pontuais em cristais:
- Vacância: falta de um átomo num sítio da rede. Imagina um monte de casas e uma fica vazia.
- Defeito de Schottky: quando uma vacância de cátion e outra de ânion aparecem em par, mantendo a neutralidade elétrica. É comum em cerâmicas iônicas.
- Defeito de Frenkel: o átomo sai do seu sítio e vai parar num sítio intersticial (no “buraquinho” entre os átomos). Aí você tem um sítio vago e um átomo no interstício.
- Átomo intersticial: um átomo extra (geralmente bem menor) que se esprem e fica entre os sítios normais da rede.
- Átomo substitucional: quando um átomo de impureza troca de lugar com o átomo da rede.
Esses defeitos existem porque, em temperatura diferente de zero, sempre rola alguma agitação térmica e também às vezes você adiciona impurezas de propósito.
Passo 3
Solução sólida substitucional é quando átomos de soluto (impureza) vão ocupar os sítios regulares do solvente na rede cristalina, tipo um substituto. Para dar certo, a gente costuma usar as regras de Hume-Rothery:
- Diferença de raio atômico < ~15%.
- Mesma estrutura cristalina.
- Eletropositividade parecida.
- Valência parecida.
Se essas condições estão respeitadas, o soluto “entra de penetra” no lugar do átomo original sem bagunçar muito a rede.
Passo 4
Quando você tenta meter mais soluto do que o limite de solubilidade permite, a princípio tudo entra na rede até o tal limite. Passou disso, o sólido “expulsa” o excesso de soluto formando uma segunda fase. Na prática, aparecem precipitados (partículas de um novo cristal) dispersos na matriz. Isso altera a microestrutura: você deixa de ter só uma fase homogênea e passa a ter grãos ou gotículas de uma fase diferente, o que muda propriedades como dureza e resistência.
Resposta
- Principais defeitos pontuais: vacância, Schottky, Frenkel, intersticial e substitucional.
- Solução sólida substitucional: impurezas ocupam sítios regulares da rede do solvente, seguindo regras de Hume-Rothery.
- Passado o limite de solubilidade, o excesso de soluto sai da solução sólida e forma uma segunda fase (precipitados) na microestrutura.