Quais os três principais pré-requisitos para que um átomo de impureza consiga substituir um átomo de rede? (0,5)

Passo 1

O enunciado pergunta pelos pré-requisitos que uma impureza deve atender para ocupar um sítio de substituição na rede cristalina do material hospedeiro. Esse é o tema das regras de Hume-Rothery em soluções sólidas por substituição, que envolvem basicamente comparação de tamanho, estrutura e carga (valência) dos átomos.

Passo 2

O primeiro pré-requisito é que o raio atômico da impureza seja muito próximo ao do átomo de rede. Em geral exige-se
\frac{|r_{\text{impureza}} - r_{\text{hospedeiro}}|}{r_{\text{hospedeiro}}} \lesssim 15\%
para que a distorção da rede seja pequena e o átomo extra não gere tensões excessivas.

Passo 3

O segundo pré-requisito é que a impureza e o hospedeiro tenham mesma valência (ou valências próximas). Isso minimiza o desequilíbrio de cargas locais e evita a formação de defeitos carregados ou compostos intermetálicos.

Passo 4

O terceiro pré-requisito é que a estrutura cristalina dos dois metais seja compatível. Ou seja, deve existir alta semelhança na estrutura (cúbica de corpo centrado, cúbica de face centrada, hexagonal compacta etc.), garantindo que o átomo de impureza “caiba” bem no arranjo de vizinhança sem recriar uma nova fase.

Resposta

  1. Diferença de raio atômico menor que cerca de 15%
  2. Valência igual (ou muito próxima)
  3. Mesma estrutura cristalina (ou estruturas muito compatíveis)

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