Callister_-_Engenharia_e_Cincia_dos_Materiais_ptg_ ... - Ufrgs

isto é, todas as cargas positivas do cátion deve ser contrabalançada por igual número de cargas
negativas do ânion. A fórmula química de um composto indica a razão de cátions para ânions, ou a
composição que satisfaz este balanço de carga. Por exemplo, em fluoreto de cálcio, cada íon de
cálcio tem uma carga +2 (Ca 2+ ) e associado com cada íon fluoreto se encontra uma única carga
negativa (F - ). Assim, deve existir 2 vezes mais íons F - do que íons Ca 2+ , que se encontra refletido
na fórmula química CaF 2 .
O segundo critério envolve os tamanhos ou os raios iônicos dos cátions e ânions, r C e r A ,
respectivamente. Uma vez que os elementos metálicos fornecem elétrons quando ionizados, cátions
são ordinariamente menores do que ânions e, consequentemente, a razão r C / r A é menor do que a
unidade. Cada cátion prefere ter o maior número possível de ânions como vizinhos mais próximos.
Os ânions também desejam um número máximo de cátions como vizinhos mais próximos.
As estruturas cristalinas cerâmicas estáveis se formam quando aqueles ânions circundando
um cátion estão todos em contato com aquele cátion, como ilustrado na Figura 13.1. O número de
coordenação (isto é, o número de vizinhos aniônicos mais próximos para um cátion) está
relacionado à razão entre os raios iônicos do cátion e do ânion. Para um número de coordenação
específico, existe uma razão crítica ou mínima para a qual este contato cátion-ânion é estabelecido
(Figura 13.1), cuja razão pode ser determinada a partir de deconsiderações puramente geométricas
(Vide Problema Exemplo 13.1).
Figura 13.1 - Configurações de coordenação ânio-cátion estáveis e não-estáveis. Círculos abertos
representam ânions; círculos fechados denotam cátions.
Os números de coordenação e as geometrias de vizinhos mais próximos para várias
razões r C / r A estão apresentados na Tabela 13.1. Para razões r C /r A menores do que 0,155 o
cátion muito pequeno está ligado a 2 ânions numa maneira linear. Se r C / r A tiver um valor entre
0,155 e 0,255, o número de coordenação para o cátion é 3. Isto significa que cada cátion se
encontra circundado por 3 ânions na forma de um triângulo equilário, com o cátion localizado no
centro. O número de coordenação é 4 para r C / r A entre 0,225 e 0,414; o cátion está localizado no
centro de um tetraédro, com ânions em cada um dos 4 cantos. Para r C / r A entre 0,414 e 0,732 ,
pode-se pensar que o cátion está situado no centro de um octaédro circundado por 6 ânions, um
em cada canto, como mostrado na tabela. O número de coordenação é 8 para r C / r A entre 0,732
e 1,0 , com os ânions em todos os cantos de um cubo e um cátion posicionado no centro. Para
uma razão de raio maior do que a unidade, o número de coordenação é 12. Os números de
coordenação mais comuns para materiais cerâmicos são 4, 6 e 8. Tabela 13.2 dá os raios iônicos
para vários ânions e cátions que são comuns para materiais cerâmicos.
Tabela 13.1 - Números de Coordenação e Geometrias para Várias Razões de Raios Iônicos
Cátio/ânion ( r C / r A ).
Tabela 13.2 - Raios Iônicos para Vários Cátions e Ânions (para um Número de Coordenação igual
a 6).