23/01/2022

Qual seria a diferença entre uma barra de Ferro com estrutura CFC e outra de CCC?

As estruturas cristalinas são formadas a partir do arranjo ordenado dos átomos de um ou mais elementos, geralmente metálicos, unidos pelas forças de ligação dos átomos. A distância entre os átomos na estrutura é dada pelo equilíbrio da força de atração (covalente, metálica ou iônica) e da força de repulsão (proximidade acentuada dos elétrons livres). Apesar do ordenamento da estrutura ser repetitivo, em determinadas regiões ocorrem falhas ou vazios, o que permite a movimentação da estrutura quando submetido a forças externas. Assim as propriedades dos materiais dependem da força de ligação dos átomos e também da quantidade de falhas ou vazios na estrutura cristalina.

As principais células cristalinas que representam os materiais metálicos são as seguintes: cúbica de corpo centrado, cúbica de face centrada e hexagonal compacta. 

  • Na (CCC) existe um átomo em cada vértice de um cubo e um outro átomo no centro do mesmo, esta estrutura pode ser encontrada no tungstênio, tântalo, bário, nióbio, lítio, potássio, vanádio, cromo, etc;
  • A (CFC) caracteriza-se por exibir os mesmos átomos nos vértices encontrados nos outros dois arranjos cúbicos e mais 1 átomo em cada face do cubo. Neste caso existe um total de quatro átomos no interior da célula unitária. A estrutura cúbica de face centrada é a estrutura do alumínio, cálcio, níquel, cobre, prata, ouro, platina, chumbo, etc;
  • A (HC) estrutura hexagonal compacta é formada por dois hexágonos sobrepostos e um plano intermediário de 3 átomos. Nos hexágonos, novamente, existem 6 átomos nos vértices e um outro no centro. O número de átomos que efetivamente encontram-se dentro de uma célula unitária HC é igual a 6. A estrutura HC pode ser observada no berílio, berquélio, magnésio, cádmio, cobalto, etc. 

ALOTROPIA DO FERRO (Figura 1) 

[resposta ao comentário do Gabriel Malfato]

  • Na temperatura ambiente, o Ferro têm estrutura CCC, número de coordenação 8, fator de empacotamento de 0,68 e um raio atômico de 1,241Å.
  • Na temperatura de 910°C, o Ferro passa para estrutura CFC, número de coordenação 12, fator de empacotamento de 0,74 e um raio atômico de 1,292Å.  
  • Finalmente, quando atinge a temperatura de 1394°C o Ferro passa novamente para CCC.
     
     
     Figura 1 (Fonte: ESTRUTURA E PROPRIEDADES DOS MATERIAIS - ESTRUTURA CRISTALINA  Prof. Rubens Caram – UNICAMP)

 

Alotropia consiste na alteração da estrutura cristalina devido a variações da temperatura e da pressão. Exemplo de materiais com essa propriedade: Ferro, Titânio e Carbono (Grafite e Diamante). Associando-se alotropia à deformação plástica podemos citar dois processos de conformação que podem ocorrer dependendo do material utilizado: Forjamento e na Laminação a quente. Portanto nestes processos deve-se controlar a temperatura para não ocorrer mudança de estrutura cristalina em uma parte da peça enquanto o restante mantém a estrutura cristalina inicial. 

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