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Células unitárias de metais em 3D – cúbica simples, CCC, CFC e HC

QuímicaLigações químicasIdades 17–18

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Um modelo 3D que você pode girar de uma célula unitária: cúbica simples, cúbica de corpo centrado, cúbica de faces centradas e hexagonal compacta. As vistas cortada e separada mostram a fração de cada átomo dentro da célula (vértice 1/8, face 1/2, interior 1; vértice hexagonal 1/6), e uma tabela de contagem dá o número de átomos por célula Z, o número de coordenação, a relação entre a aresta a e o raio atômico r, o fator de empacotamento e a densidade de metais de exemplo (Po, Na, Fe, W, Cu, Al, Au, Mg, Zn, Ti…).

Aula: Estruturas cristalinas dos metais: células cúbica simples, cúbica de corpo centrado, cúbica de faces centradas e hexagonal compacta; átomos por célula, número de coordenação, fator de empacotamento

O que mostra

A célula unitária é a menor caixa que se repete em um cristal. Os átomos nos vértices, arestas e faces são compartilhados com células vizinhas, então só 1/8, 1/4 ou 1/2 de cada um pertence à célula, e 1/6 no vértice de uma célula hexagonal. Este modelo 3D corta os átomos nas paredes da célula ou separa os pedaços para que você possa contá-los: cúbica simples 1, CCC 2, CFC 4 e hexagonal compacta 6 átomos por célula. Ele mostra onde os átomos se tocam, relaciona a aresta a com o raio r e usa parâmetros de rede medidos para calcular o empacotamento e a densidade.

Como usar

Escolha uma estrutura e alterne a vista entre Cortado na célula, Peças separadas, Átomos inteiros e Átomos pequenos para contar as frações e conferir a tabela. Marque Linha de contato para ver onde os átomos se tocam e deduzir a a partir de r, e Número de coordenação para contar os vizinhos mais próximos, inclusive em células vizinhas. Escolha um metal e peça aos alunos que calculem sua densidade a partir de a antes de ler o resultado.

Parâmetros que você pode mudar

  • Estrutura cristalina Cúbica simples (CS), Cúbica de corpo centrado (CCC), Cúbica de faces centradas (CFC), Hexagonal compacta (HC)
  • Metal de exemplo (se tiver outra estrutura, usa-se o primeiro metal da estrutura escolhida) Polônio α (Po) – cúbica simples, Sódio (Na) – CCC, Potássio (K) – CCC, Ferro α (Fe) – CCC, Cromo (Cr) – CCC, Tungstênio (W) – CCC, Cobre (Cu) – CFC, Alumínio (Al) – CFC, Prata (Ag) – CFC, Ouro (Au) – CFC, Níquel (Ni) – CFC, Magnésio (Mg) – HC, Zinco (Zn) – HC, Titânio α (Ti) – HC
  • Vista Cortado na célula, Átomos inteiros, Peças separadas, Átomos pequenos
  • Mostrar número de coordenação
  • Mostrar linha de contato

Perguntas para explorar

  1. Por que uma célula cúbica de faces centradas contém só 4 átomos, embora 14 átomos toquem a célula?
  2. Em que direção os átomos se tocam numa célula CCC, e que relação isso dá entre a e r?
  3. Por que a estrutura CCC é menos compacta que a CFC e a hexagonal compacta?

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