a) Quais são os tipos (grupos) de estrutura mais comuns dos materiais cerâmicos?
b) Caracterize cada um desses grupos explicando com base no tipo de ligação e na combinação entre os íons e/ou átomo existente com regularidade e periodicidade em uma das 14 redes de Bravais.
b) Caracterize cada um desses grupos explicando com base no tipo de ligação e na combinação entre os íons e/ou átomo existente com regularidade e periodicidade em uma das 14 redes de Bravais.
Passo 1
O enunciado pede (a) listar os grupos de estruturas cristalinas mais comuns em cerâmicos e (b) para cada grupo descrever o tipo de ligação (iônica, covalente ou mista) e como os cátions e aniões se organizam de forma periódica numa das 14 redes de Bravais. Vamos usar como exemplo os protótipos AX, as redes covalentes AmXp e os óxidos complexos AB
e A
.
Passo 2
Grupo AX (cerâmicos binários simples)
– Fórmula geral com razão
.
– Ligação predominantemente iônica (certo caráter covalente se a diferença de eletronegatividade for moderada).
– Protótipos:
– Fórmula geral
– Ligação predominantemente iônica (certo caráter covalente se a diferença de eletronegatividade for moderada).
– Protótipos:
- Halita (NaCl): rede cúbica de faces centradas (Bravais
). Cátions em sítios octaédricos (coordenação 6–6). - CsCl: rede cúbica de corpo centrado (Bravais
), coordenação 8–8. - NiAs: rede hexagonal (Bravais
), coordenação 6–6 com empilhamento AB de aniões.
Passo 3
Grupo AmXp (cerâmicos de rede covalente 3D ou policristalina)
– Fórmula geral (por ex.
,
,
).
– Ligação essencialmente covalente de forte caráter direcional, pouca mobilidade iônica.
– Protótipos:
– Fórmula geral
– Ligação essencialmente covalente de forte caráter direcional, pouca mobilidade iônica.
– Protótipos:
- Quartzo
- : rede trigonal (Bravais ou ), cada Si tetraedricamente ligado a quatro O. - Diamante e SiC (cubic zinc‐blende): rede cúbica de face centrada com dois átomos na base (Bravais
), coordenação 4–4. - Wurtzita (
hexagonal ou hexagonal): Bravais , coordenação 4–4 em rede hexagonal.
Passo 4
Grupo perovskita AB
(óxidos ternários)
– Ligação mista iônica–covalente entre ,
e
.
– Fórmula , cátions A em coordenação 12, B em coordenação 6.
– Rede cúbica ideal (Bravais ): aniões O nos centros das faces, B no vértice central do cubo, A nos vértices do cubo grande.
– Ligação mista iônica–covalente entre
– Fórmula
– Rede cúbica ideal (Bravais
Passo 5
Grupo spinel A
(óxidos complexos)
– Ligação também mista iônica–covalente.
– Fórmula , cátions A em sítios tetraédricos (coordenação 4), B em sítios octaédricos (coordenação 6).
– Rede cúbica de faces centradas (Bravais ), aniões O formam uma rede fcc, A e B ocupam interstícios tetra e octa.
– Ligação também mista iônica–covalente.
– Fórmula
– Rede cúbica de faces centradas (Bravais
Resposta
a) Os grupos de estrutura mais comuns são:
- Cerâmicos binários AX (protótipos NaCl, CsCl, NiAs)
- Redes covalentes AmXp (Si
, SiC/dimante, BN, etc.) - Óxidos ternários tipo perovskita (AB
) - Óxidos complexos tipo spinel (A
)
b) Caracterização resumida:
- AX – ligação iônica forte; redes cúbicas fcc
ou bcc ; CN exibem 6–6 ou 8–8. - AmXp – ligação covalente direcional; redes trigonal (quartzo), cúbica fcc (diamante, zinc‐blende
) ou hexagonal (wurtzita ); CN 4–4. - Perovskita – ligação mista; rede cúbica simples
; A em CN 12, B em CN 6. - Spinel – ligação mista; rede cúbica fcc
; A em CN 4, B em CN 6.