Lista - Materiais Cerâmicos - 2024-1

Materiais cerâmicos 1-Quais tipos de ligações químicas são predominantes nos materiais cerâmicos e quais as consequências disto? 2-Por qual motivo o tamanho relativo entre os íons que constituem o material afeta a estrutura do cristal cerâmico? 3-O que difere as estruturas AX, AmXp e AmBnXp? 4-Qual a diferença entre posição tetraédrica e octaédrica. 5-O que significa formadores de rede, modificadores de rede e óxidos intermediários? 6-Por qual motivo, na prática, se adicionam modificadores de rede e óxidos intermediários na produção dos vidros? 7-Argilominerais como a caulinita são filossilicatos, ou seja, silicatos com estrutura em lâminas. Descreva de forma sucinta a estrutura da caolinita. 8-Quais os principais tipos de defeitos na microestrutura das cerâmicas? 9-O que difere a curva tensão x deformação de um material cerâmico da curva correspondente para o aço? 10-Qual a definição de porosidade e qual a sua influência nas propriedades mecânica das cerâmicas? Materiais Cerâmicos (RESPOSTAS) Tiago 1) A ligação atômica nesses materiais varia desde puramente iônica até totalmente covalente; muitas cerâmicas exibem uma combinação desses dois tipos de ligação, sendo o grau da natureza iônica dependente das eletronegatividades dos átomos. Devido à força dessas ligações, as cerâmicas possuem alta dureza, elevada resistência à compressão e pontos de fusão altos. No entanto, essas mesmas ligações rígidas resultam em baixa tenacidade e alta fragilidade, tornando os materiais cerâmicos propensos a fraturas quando submetidos a tensões mecânicas ou choques térmicos. Além disso, as cerâmicas geralmente apresentam baixa condutividade elétrica e térmica devido à ausência de elétrons livres. 2) O tamanho dos íons influencia a estrutura da rede cristalina, uma vez que íons menores podem se encaixar nos espaços entre íons maiores, criando diferentes tipos de redes cristalinas. A estrutura da rede, por sua vez, afeta as propriedades físicas e químicas do composto cerâmico. 3) AX: Estrutura básica onde cada cátion (A) está rodeado por ânions (X) em uma proporção de 1:1, como no NaCl. AmXp: Estrutura onde a proporção entre cátions (A) e ânions (X) não é de 1:1, resultando em composições como Al2O3. AmBnXp: Estrutura complexa onde existem mais de um tipo de cátion (A e B) e a proporção entre cátions e ânions pode variar, como no titanato de bário (BaTiO3). 4) Quatro átomos (três em um plano e um único átomo no plano adjacente) circundam um dos tipos; essa posição é denominada posição tetraédrica, já que linhas retas traçadas a partir dos centros das esferas circundantes formam um tetraedro. Já a posição octaédrica envolve seis esferas de íons, três em cada um dos dois planos. Dessa forma, os números de coordenação para os cátions que preenchem as posições tetraédricas e octaédricas são 4 e 6, respectivamente. Assim, para cada uma dessas esferas de ânions, haverá uma posição octaédrica e duas posições tetraédricas. 5) Formadores de rede: São os óxidos que podem formar uma estrutura vítrea, como o SiO2. redes poliédricas, em vez disso, seus cátions são incorporados no interior da rede de SiO4 e a modificam; como a Na2O, que reduz a temperatura de fusão. Óxidos intermediários: Podem atuar como formadores ou modificadores de rede, pois substituem o silício e fazem parte da rede, estabilizando-a, como Al2O3. 6) A adição desses modificadores e intermediários reduz o ponto de fusão e a viscosidade de um vidro, tornando mais fácil sua conformação em temperaturas mais baixas. 7) A caolinita tem uma estrutura laminar de silicatos relativamente simples com duas camadas. A argila caolinita apresenta a fórmula Al2(Si2O5)(OH)4, na qual a camada tetraédrica de sílica, representada por (Si2O5)2–, é neutralizada eletricamente por uma camada adjacente de Al2(OH)4. O plano de ânions intermediário consiste em íons O2– da camada de (Si2O5)2–, além de íons OH– que são parte da camada de Al2(OH)4. Enquanto as ligações dentro dessa lâmina de duas camadas são fortes e intermediárias entre iônica e covalente, as lâminas adjacentes estão apenas fracamente ligadas umas às outras por meio de fracas forças de van der Waals. 8) Defeitos Pontuais Defeito Frenkel: pode ser considerado como sendo formado por um cátion que deixa sua posição normal e se move para um sítio intersticial. Defeito Schottky: pode ser considerado como tendo sido criado pela remoção de um cátion e de um ânion do interior do cristal, seguido pela colocação de ambos os íons em uma superfície externa. Impurezas: Os átomos de impureza podem formar soluções sólidas em materiais cerâmicos, da mesma forma como eles fazem nos metais. São possíveis soluções sólidas dos tipos substitucional e intersticial. 9) Nos materiais cerâmicos, a curva mostra uma alta resistência à tensão com pouca deformação antes da fratura, refletindo sua rigidez e fragilidade. Em contraste, a curva do aço exibe um comportamento dúctil com um longo trecho de deformação plástica após o limite elástico antes da fratura. Isso se deve à capacidade do aço de deformar-se permanentemente, absorvendo energia e permitindo rearranjos atômicos, o que resulta em uma maior tenacidade e resistência ao impacto. 10) A porosidade é definida como a fração do volume de um material que é ocupada por espaços vazios (poros). A porosidade tem efeito negativo sobre a resistência por duas razões: (1) os poros reduzem a área da seção transversal através da qual uma carga é aplicada e (2) eles também atuam como concentradores de tensões — para um poro esférico isolado, uma tensão de tração aplicada é amplificada por um fator de 2. REFERÊNCIA UTILIZADA NAS REPOSTAS: William, D. Callister. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução / William D. Callister, Jr., David G. Rethwisch; tradução Sergio Murilo Stamile Soares. - 9. ed. - Rio de Janeiro: LTC, 2016. il. ; 28 cm.