Os Defeitos Cristalinos

Resumo Segunda Parcial de Geoquímica 1

Defeitos Cristalinos

Defeitos Pontuais: ausência de um átomo em ponto do reticulo cristalino formado durante a solidificação ou como resultado de vibrações atómicas.

Tem como características, os tipos de defeitos pontuais, que são:

1. Vacâncias
2. Impurezas
3. Reposicionamentos (interstícios)

Vacâncias: são espaços vazios que deveriam estar ocupados por átomos na rede cristalina.

Impurezas: presença de um átomo que não pertence a rede regular. Quando ocupa espaços regulares na rede, é chamada de impureza substitucional e quando ocupam posições intersticiais na rede, são chamadas de impurezas intersticiais.

Interstícios: são posições na rede cristalina que regularmente estão vazias, porém são ocupadas por átomos.

Obs.: Geram soluções sólidas.

Há também os defeitos em sólidos iônicos que são divididos em: Defeito de Schottky e Defeitos de Frenkel.

Defeitos de Schottky: ocorre quando há lacunas de cátion e ânions na estrutura.

Defeitos de Frenkel: ocorre quando um cátion se move para um interstício. Há uma lacuna de cátion e um cátion intersticial.

Soluções Sólidas: são formam quando as impurezas substitucionais se misturam com os átomos das impurezas e do material, gerando uma mistura que gera uma solução sólida.

De acordo com as regras de Hume-Rothery, os fatores que formam uma solução sólida são:

Fator do tamanho atômico: os raios atômicos não difiram de mais de 15%

Estrutura cristalina: devem possuir a mesma estrutura cristalina

Eletronegatividade: tenham eletronegatividade semelhantes

Valência: devem possuir a mesma valência.

São consideradas três categorias de soluções sólidas:

1. Soluções sólidas completas sem ordenamento estrutural
2. Soluções sólidas parciais
3. Soluções sólidas completas com ordenamento estrutural

Soluções sólidas completas sem ordenamento estrutural: corresponde aos íons que definem os membros extremos. É aplicada a regra dos 50%. Como exemplo, tem-se: a série da Forsterita-Fayalita.

Solução sólida completa com ordenamento estrutural: os membros extremos correspondem a estruturas cristalinas distintas. Exemplo: a série de CO3

Solução sólida parcial: ocorre quando a solução se limita a um ou mais dos membros extremos e não se estende aos 50%. Exemplo: Série Isomórfica dos Plagioclásios.

Há 4 tipos de Soluções sólidas:

1. Substituição simples
2. Substituição dupla
3. Substituição por omissão
4. Substituição intersticial

Substituição simples: substitui cátions com cargas idênticas. Exemplo: Olivina e Piroxênio

Substituição dupla ou acoplada: há um balanço de cargas na substituição. Exemplo: Plagioclásios e Granadas.

Substituição por omissão: a mudança nas cargas gera uma vaga na estrutura atômica.

Substituição intersticial: parecida com a substituição dupla porém abre uma vaga intersticial que é preenchida por um cátion. Exemplo: Micas

Defeitos Lineares: são imperfeições na rede cristalina que ocorrem ao longo de uma linha, ou seja, trata-se de microestruturas geradas por outro mecanismo de formação.

Discordância: é um tipo de defeito linear em que os átomos estão desalinhados.

Tipos de discordâncias:

1. Aresta (cunha)
2. Espiral
3. Combinado

Discordância aresta (cunha): movimenta-se no plano de deslizamento em um direção perpendicular ao seu comprimento.

Discordância espiral: o movimento da linha de discordância é perpendicular à força de cisalhamento.

Discordância combinada: ocorre quando há discordância de aresta e espiral na rede.

Defeitos Planares ou Bidimensionais: compreendem regiões do material com diferentes estruturas cristalinas e/ou diferentes orientações cristalográficas.

Estes defeitos incluem:

1. Superfície externa
2. Contorno de grão
3. Contorno de macla
4. Falhas de empilhamento
5. Interfaces

Superfície externa: superfície entre o cristal e o meio ao redor dele.

Contorno de grão: contorno entre dois cristais sólidos da mesma fase. Quando o contorno é maior que 15° é chamado de contorno de grão de alto ângulo, e, quando o contorno é menor que 5° é chamado de contorno de grão de pequeno ângulo.

Contorno de macla: tipo de contorno de grão que separa duas regiões em uma simetria tipo espelho. São formadas a partir de deslocamentos atômicos produzidos por tensões de cisalhamento (maclas de deformação) ou durante tratamento térmico (maclas de recozimento).

Falhas de empilhamento: ocorre quando há uma interrupção na sequência de empilhamento.

Interfaces: contorno entre duas fases diferentes.

 Defeitos em volume: são classificados como:

1. Poros
2. Fraturas
3. Inclusões

Poros: modificam as propriedades ópticas, mecânicas e térmicas de um material.

Fraturas: modificam as propriedades mecânicas de um material.

Inclusões: modificam as propriedades ópticas, mecânicas e elétricas de um material.

As imperfeições volumétricas são classificados em:

1. Inclusões
2. Precipitados
3. Fases
4. Porosidade

Inclusões: impurezas estranhas.

Precipitados: aglomerado de partículas cuja a composição difere da matriz

Fases: formam-se quando há presença de impureza ou elementos de ligas.

Porosidade: origina-se através da formação de gases

Obs.: Diferença entre impurezas e dopantes

Impurezas: elementos presentes na estrutura que não fazem parte da fórmula do composto.