ciências dos materiais - exp I

Ciências dos Materiais - 2016
Roteiro Experimental - Crescimento de Cristais
Disciplina: Ciência dos Materiais
Professor: Luander Bernardes
Curso: Engenharia Mecânica
Aluno 1:
Aluno 2:
Aluno 3:
Aluno 4:
Aluno 5:
Aluno 6:
Introdução - Fundamentos Teóricos
Os minerais são compostos, na sua maior parte, por substâncias iônicas cristalinas. As estruturas cristalinas
são caracterizadas por um arranjo interno ordenado de íons, átomos ou moléculas. A forma externa do
mineral pode ou não refletir esta estrutura ordenada. Se o mineral está sob a forma de um cristal, esta sua
forma externa reflete a sua estrutura interna. O quartzo é encontrado comumente sob a forma de cristais ou
como peças fraturadas que não possuem formas cristalinas.
As rochas são compostas por grãos de minerais. Algumas rochas sedimentares contêm, ou são compostas
completamente, de minerais que cristalizam a partir da água do mar (com elevada concentração de sais)
como, por exemplo, a gipsita e o sal rocha. As rochas ígneas são aquelas que se solidificam a partir do
material fundido. O tamanho dos grãos (cristais) nas rochas ígneas é controlado pela taxa de resfriamento. Se
um magma (o material fundido) é resfriado lentamente, os cristais irão crescer até um tamanho visível,
resultando na textura de grãos característica dos granitos, por exemplo. Se o magma é resfriado rapidamente
(na superfície ou perto da superfície da crosta terrestre), os cristais serão muito pequenos, resultando em
rochas com uma estrutura fina, como os basaltos, por exemplo.
A mesma coisa ocorre durante o processamento dos metais. Existe uma influência da velocidade de
resfriamento do metal fundido sobre o tamanho dos grãos cristalinos. Defeitos em um retículo cristalino: os
defeitos mais comuns em um retículo cristalino são as vacâncias e os deslocamentos. As vacâncias
correspondem à falta de um átomo, íon ou molécula em um dos pontos do retículo cristalino e os
deslocamentos são defeitos lineares no interior do retículo cristalino, em que o alinhamento dos átomos, íons
ou moléculas sofre uma distorção (Figura 1).
Geralmente, a presença destes defeitos governa muitas propriedades dos materiais, incluindo-se o seu
comportamento plástico, a dureza e a ductilidade.
O retículo cristalino na vizinhança de um deslocamento fica distorcido e isto leva a um rearranjo na
superfície do cristal. Assim, os deslocamentos, embora iniciados no interior dos cristais, podem ser vistos na
superfície dos cristais.
Figura 1 – Esquema mostrando o defeito cristalino de deslocamento no interior de um cristal.
Um deslocamento é caracterizado pelo seu vetor de Burgers: se você tentar fazer um quadrado ou losango
(dependendo do tipo de retículo cristalino) sobre os átomos da superfície de um cristal que apresenta um
deslocamento, contando os átomos em cada uma das direções desejadas, não vai conseguir fechar a figura
geométrica, voltando exatamente ao mesmo átomo onde começou (observar a Figura 2).
Figura 2 – Imagem de microscopia de tunelamento de uma superfície de um cristal, cada esfera
corresponde a um átomo do material. A imagem mostra a construção do vetor de Burgers em uma
região da amostra que contém um deslocamento. Fonte: Institut für Allgemeine Physik, TU Wien.
Equipamentos de Laboratório Utilizados
01 bico de bunsen;
01 termômetro;
01 bandeja de plástico com gelo;
02 béqueres de 50 mL e de 500 mL;
02 espátulas metálicas;
10 g Sulfato de cobre por grupo;
01 bagueta de vidro.
Procedimentos Experimentais (Crescimento de Cristais)
I.
Numerar os dois copos de béquer (usar canetas de retroprojetor ou etiquetas) e colocar cerca de 20 mL de
água em cada um deles. Posicionar os copos sobre o bico de bunsen e aquecer a água até uma
temperatura de cerca de 70 °C.
II. Adicionar, com o auxílio de uma espátula, uma pequena quantidade de sulfato de cobre ao béquer. Usar a
bagueta de vidro para agitar a solução até que os sólidos tenham sido dissolvidos. Repetir as adições de
sulfato de cobre e a agitação, até que tenha adicionado 10 g do sulfato de cobre.
III. Colocar o béquer para resfriar em uma bandeja de plástico com gelo (resfriamento rápido). Não agitar as
soluções.
IV. Observar a precipitação e o crescimento dos cristais, deixar descansando por 1 semana.
V. Retirar a solução e observar os cristais.
VI. Observar o experimento, preencher a tabela e responder às perguntas abaixo.
Aspecto inicial da solução quente:
Aspectos dos cristais formados por resfriamento
rápido (no gelo):
Você acredita que se o resfriamento fosse lento a temperatura ambiente os cristais formados teriam aspectos
diferentes?
Uma questão ainda em aberto e que gera bastante discussão é a definição de vida. Pesquise as várias
possíveis definições utilizadas para descrever o fenômeno da vida (artigos, sites, livros, etc). Agora, após a
pesquisa e com a observação sobre o crescimento de cristais, escreva um texto sobre a afirmação: “ um
cristal poderia ser pensado como uma forma de vida " …