Estrutura Cristalina, Slides de Práticas e Gestão de Laboratórios. Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ)
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max-myller16 de Abril de 2017

Estrutura Cristalina, Slides de Práticas e Gestão de Laboratórios. Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ)

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Trabalho de Estrutura Cristalina do Niquel
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ESTRUTURA CRISTALINA

ESTRUTURA CRITALINA

Materiais, sua origem, utilização e sua estrutura cristalina

Materiais:

Niquel ( Ni ) Zinco (Zn )

1

2

Niquel (Ni)

Símbolo: Ni Número atômico: 28 Massa atómica: 58,69 Estado Físico: Sólido Densidade 8908 kg/m³ Ponto de Fusão: 1728 K Ponto de Ebulição:3186K 2

 É um metal de transição de coloração branco-prateada, condutor de eletricidade e calor, dúctil e maleável porém não pode ser laminado, polido ou forjado facilmente, apresentando certo caráter  ferromagnético. É encontrado em diversos minerais, em meteoritos  (formando liga metálica com o ferro) e, em princípio, existe níquel no núcleo da Terra.

 É bastante resistente a corrosão. Como revestimento pode ser aplicado por eletrodeposição, ligas e compósitos pelos processos de niquel quimico e aspersão térmica

3

ORIGEM

Origem do Niquel:  Apenas 0,1% da massa da crosta terrestre

corresponde ao níquel, o que faz dele um elemento relativamente raro. Seu mais importante minério é a pentlandita, de fórmula FeS∙NiS.

 Os minerais acessórios de Ni, formam-se em estágios iniciais de cristalização do magma

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Processo de Obtenção  Ustulação Seletiva: Contempla a reação da

matéria-prima (sulfetos de Cu e outros elementos) com o oxigênio.

Fusão Matica: Separa a fase mate da fase escoria, que contem a maior parte das impurezas, utilizando- se da completa imiscibilidade e diferença de densidade entre essas duas fases.

Conversão e Eletrolise: Uma vez obtido o mate (rico em sulfeto de níquel), tem-se, em seguida, a chamada “conversão” deste sulfeto em níquel metálico (com aproximadamente 98% de pureza).

Finalmente, o níquel obtido e transformado em placas que servirão como anodo no refino eletrolítico (eletrorefino), em que o cobre e depositado no catodo com uma pureza mínima de 9,9% .

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Utilização do Niquel  Aproximadamente 70% da produção mundial

desse metal é utilizada na produção de aços especiais, aos quais fornece resistência mecânica e química.

 É útil também para fazer revestimentos em objetos de aço, processo chamado de niquelação. Atua de forma semelhante ao cromo, passivando a peça e protegendo-a da corrosão.

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Utilização7

 Aços Especiais Materiais Niquelados 9

Sua Utilização8

O níquel também é usado como catalisador nas indústrias químicas, farmacêutica e alimentícia. Serve também para fazer muitas outras ligas, além dos aços especiais. Exemplo: O metal monel, com cerca de 65% de níquel, 32% de cobre e pequenas quantidades de ferro e manganês, é uma liga altamente resistente à corrosão, largamente empregada em laboratórios e indústria.

ESTRUTURA CRISTALINA DOS METAIS

 Como a ligação metálica é não- direcional não há restrições quanto ao número e posições dos vizinhos mais próximos.

 Então, a estrutura cristalina dos metais têm geralmente um número grande de vizinhos e alto empacotamento atômico.

 Três são as estruturas cristalinas mais comuns em metais: Cúbica de corpo centrado, cúbica de face centrada e hexagonal compacta.

9

SISTEMA CÚBICO

Os átomos podem ser agrupados dentro do sistema cúbico em 3 diferentes tipos de repetição

Cúbico simples Cúbico de corpo centrado Cúbico de face centrada

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11 EST. CÚBICA DE FACE CENTRADA

 O PARÂMETRO DE REDE E O RAIO ATÔMICO ESTÃO RELACIONADOS PARA ESTE SISTEMA POR:

acfc = 4R/(2)1/2 =2R . (2)1/2

 Na est. cfc cada átomo dos vertices do cubo é dividido com 8 células unitátias

 Já os átomos das faces pertencem somente a duas células unitárias

 Há 4 átomos por célula unitária na estrutura cfc

 É o sistema mais comum encontrado nos metais (Al, Fe, Cu, Pb, Ag, Ni,...)

Filme 25

12 NÚMERO DE COORDENAÇÃO PARA CFC

 Número de coordenação corresponde ao número de átomos vizinhos mais próximo

Para a estrutura cfc o número de coordenação é 12.

13 NÚMERO DE COORDENAÇÃO PARA CFC

Para a estrutura cfc o número de coordenação é 12.

14 Demonstre que acfc = 2R (2)1/2

 a2 + a2 = (4R)2 2 a2 = 16 R2

a2 = 16/2 R2

a2 = 8 R2

a= 2R (2)1/2

15 FATOR DE EMPACOTAMENTO ATÔMICO PARA CFC

 Fator de empacotamento= Número de átomos X Volume dos átomos Volume da célula unitária

O FATOR DE EMPACOTAMENTO PARA A EST. CFC É O,74

16 FATOR DE EMPACOTAMENTO PARA A EST. CFC É O,74 Demonstrando

Fator de empacotamento= Número de átomos X Volume dos átomos Volume da célula unitária

Vol. dos átomos=Vol. Esfera= 4R3/3 Vol. Da célula=Vol. Cubo = a3 Fator de empacotamento = 4 X 4R3/3

(2R (2)1/2)3 Fator de empacotamento = 16/3R3

16 R3(2)1/2

Fator de empacotamento = 0,74

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CÁLCULO DA DENSIDADE

 O conhecimento da estrutura cristalina permite o cálculo da densidade ():

 = nA VcNA

n= número de átomos da célula unitária A= peso atômico Vc= Volume da célula unitária NA= Número de Avogadro (6,02 x 1023 átomos/mol)

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EXEMPLO:

 Niquel têm raio atômico de 0,124nm (1,24 Å), uma estrutura cfc, um peso atômico de 58,69 g/mol. Calcule a densidade do cobre.

 Resposta: 8,89 g/cm3  Valor da densidade medida= 8,94 g/cm3

19 TABELA RESUMO PARA O SISTEMA CÚBICO

Átomos Número de Parâmetro Fator de por célula coordenação de rede empacotamento

CS 1 6 2R 0,52 CCC 2 8 4R/(3)1/2 0,68 CFC 4 12 4R/(2)1/2 0,74

20 SISTEMA HEXAGONAL SIMPLES

 Os metais não cristalizam no sistema hexagonal simples porque o fator de empacotamento é muito baixo

 Entretanto, cristais com mais de um tipo de átomo cristalizam neste sistema

21 EST. HEXAGONAL COMPACTA

 Os metais em geral não cristalizam no sistema hexagonal simples pq o fator de empacotamento é muito baixo, exceto cristais com mais de um tipo de átomo

 O sistema Hexagonal Compacta é mais comum nos metais (ex: Mg, Zn)

 Na HC cada átomo de uma dada camada está diretamente abaixo ou acima dos interstícios formados entre as camadas adjacentes

22 EST. HEXAGONAL COMPACTA

 Cada átomo tangencia 3 átomos da camada de cima, 6 átomos no seu próprio plano e 3 na camada de baixo do seu plano

 O número de coordenação para a estrutura HC é 12 e, portanto, o fator de empacotamento é o mesmo da cfc, ou seja, 0,74. Relação entre R e a:

a= 2R

23 EST. HEXAGONAL COMPACTA

Há 2 parâmetros de rede representando os parâmetros

Basais (a) e de altura (c)

24 RAIO ATÔMICO E ESTRUTURA CRISTALINA DE ALGUNS METAIS

25 SISTEMAS CRISTALINOS

 Estes sistemas incluem todas as possíveis

geometrias de divisão do espaço por superfícies planas contínuas

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