Explicando A Matéria: Cristais Cerâmicos

        Nessa semana, o Explicando A Matéria traz alguns conceitos importantes sobre cristais cerâmicos, abordando informações apresentadas nos últimos textos sobre estruturas cristalinas.
        Os materiais cerâmicos são materiais inorgânicos, cujas ligações interatômicas são totalmente ou predominantemente iônicas, mas com alguma natureza covalente. São compostos por pelo menos dois elementos, e geralmente possuem estruturas cristalinas mais complexas que as dos metais.
        Duas características dos íons componentes influenciam a estrutura do cristal: a magnitude da carga elétrica em cada um dos íons e os tamanhos relativos dos cátions e ânions. O cristal deve ser eletricamente neutro, ou seja, todas as cargas positivas dos cátions devem ser equilibradas por igual número de cargas negativas dos ânions.         Existem várias estruturas cristalinas para os materiais cerâmicos, que se diferem pelo número de cátions e ânions:
        As estruturas cristalinas do tipo AX, são aquelas que possuem números iguais de cátions e ânions, nos quais A representa o cátion e X o ânion. Existem diferentes estruturas para esses compostos, denominadas referências a um material comum que assume aquela estrutura particular, como: Estrutura do Sal-gema (NaCl), Estrutura do Cloreto de Césio e a Estrutura da Blenda de Zinco.
        As estruturas do tipo A_mX_p, referem-se aos compostos nos quais as cargas dos cátions e ânions diferem, sendo m e/ou p diferentes de 1. Um exemplo é a fluorita (CaF₂), cuja os íons de cálcio estão posicionados nos centros dos cubos, enquanto os íons de flúor estão os vértices. Uma célula unitária consiste em oito cubos, já que existem apenas metade do número de íons de Ca que do número de íons F. Outros compostos com essa estrutura cristalina incluem ZrO₂, UO₂, PuO₂ e ThO₂.
        Já as estruturas cristalinas A_mB_nX_p, são compostos cerâmicos que possuem mais de um tipo de cátion (A e B). O titanato de bário (BaTiO₃), por exemplo, em temperaturas acima de 120ºC, a estrutura cristalina é cúbica. Os íons de Ba estão localizados em todos os oito vértices, enquanto um único íon Ti está no centro do cubo, com os íons O localizados no centro de cada uma das seis faces.
        As estruturas cristalinas cerâmicas também podem ser consideradas em termos de planos compactos de íons, isto é, aquelas cujos planos são compostos por ânions maiores. Conforme esses planos são empilhados, sítios intersticiais são formados entre eles, onde os cátions podem se alojar. Existem dois tipos diferentes dessas posições intersticiais, a posição tetraédrica, que possui três em um plano e um único átomo no plano adjacente, e a posição octaédrica, que 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. As estruturas cristalinas cerâmicas desse tipo dependem do empilhamento das camadas compactas de ânions, sendo possível tanto arranjos CFC quanto HCP, e da maneira na qual os sítios intersticiais são preenchidos com os cátions.

Fonte: CALLISTER, W. D., Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. John Wiley & Sons, Inc., 2002.