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:
  1. Vacância: falta de um átomo num sítio da rede. Imagina um monte de casas e uma fica vazia.
  2. Defeito de Schottky: quando uma vacância de cátion e outra de ânion aparecem em par, mantendo a neutralidade elétrica. É comum em cerâmicas iônicas.
  3. 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.
  4. Átomo intersticial: um átomo extra (geralmente bem menor) que se esprem e fica entre os sítios normais da rede.
  5. 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

  1. Principais defeitos pontuais: vacância, Schottky, Frenkel, intersticial e substitucional.
  2. Solução sólida substitucional: impurezas ocupam sítios regulares da rede do solvente, seguindo regras de Hume-Rothery.
  3. Passado o limite de solubilidade, o excesso de soluto sai da solução sólida e forma uma segunda fase (precipitados) na microestrutura.

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