INTRODUÇÃO A CM I

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EMAT0224 – CIÊNCIA DOS 
MATERIAIS I
Modulo 01 - Introdução a ciência dos materiais: relação 
estrutura e propriedades.
PROF. JOSÉ KAIO MAX
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIA E ENGENHARIA 
DE MATERIAIS
Agosto 2021
N° Do Se Te Qu Qu Se Sá
31 1 2 3 4 5 6 7
32 8 9 10 11 12 13 14
33 15 16 17 18 19 20 21
34 22 23 24 25 26 27 28
35 29 30 31
Setembro 2021
N° Do Se Te Qu Qu Se Sá
35 1 2 3 4
36 5 6 7 8 9 10 11
37 12 13 14 15 16 17 18
38 19 20 21 22 23 24 25
39 26 27 28 29 30
McLaren F1
O cofre do motor e parte do sistema de escape
recebeu o revestimento de ouro puro 24 quilates. A
aplicação do ouro, neste caso, não se deve a uma
extravagância: esse material é um ótimo condutor
térmico e arrefece com facilidade, algo necessário
quando o motor é uma verdadeira bomba de força.
McLaren com compartimento do motor 
revestido a ouro é vendido por R$ 80 mi 
https://www.uol.com.br/carros/noticias/redacao/2019/08/19/mclare
n-com-motor-banhado-a-ouro-e-vendido-por-r-80-milhoes.htm
Referencias Bibliográficas
1. REFERENCIAS BASICAS:
◦ William D. Callister, Jr. Fundamentos da Ciência e Engenharia de materiais,
2º edição, LTC Editora,2006.
◦ D. B. Cullity. Elements of X-Ray Diffraction, 2nd edition, Addison-Wesley
Publishing Company Inc.,197 8.
◦ ASM Handbook V9 - Metallography and Microstructures, 1992.
◦ Cheila G. Mothe, Aline D de Azevedo, Analise Térmica de Materiais, Artiliber
Editora Ltda,2009.
8/30/2021 PROF. JOSÉ KAIO MAX 4
Referencias Bibliográficas
2. REFERENCIAS COMPLEMENTARES
◦ William D. Callister Jr. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução
LTC Editora, 2008 ou superior.
◦ James F. Shackelford. Ciencia dos materiais, 6 edicao, person education
2008.
◦ William F. Smith. Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais, 3 edição,
Mc Graw-Hill, 1998.
◦ Michael F. Ashby e Donald R. H. Jones, Engineerring materials, 3th editi
Pergamon Press, 2005.
◦ Donald R. Askeland Pradeep P. Phule. Ciencia e Engenharia dos Materiais 3 
edição, Nelson Thomes, 1998.
◦ P.W. Atkins, Physical Chemistry 6 edition, Oxford University Press 1998.
◦ ASM Handbook – V10 Materials Characterization, 1992.
◦ Michael C. Brown, Introdution to Thermal Analysis, 2nd edition, Kluwes
Academic Publishers, New York, 2001.
◦ P.J. Ha ines (Ed.), Principles of Thermal Analysis and Calorimetry, The Royal 
Society of Chemistry, Cambridge, 2002.
8/30/2021 PROF. JOSÉ KAIO MAX 5
Tópico I: Ligações
Introdução a ciência dos materiais: relação estrutura e propriedades.
Revisão de conceitos: estrutura atômica e tabela periódica.
Como os átomos encontram-se ligados nos diferentes materiais: 
ligações de caráter iônico, covalente e metálica.
Teoria orbital molecular e teoria de bandas.
Forcas intermoleculares.
Introdução a ciência dos 
materiais: relação 
estrutura e 
propriedades.
Porque se estudam os 
materiais?
Porque se estudam os 
materiais?
Pede-se muitas vezes a um engenheiro para:
◦ Escolher o material certo entre inúmeros disponíveis para um determinado 
fim.
O material possui a melhor combinação de propriedades possível?
◦ Ter em conta se haverá deterioração das propriedades do material durante a 
operação em serviço.
◦ Fazer um compromisso entre custo e o conjunto ideal de propriedades para 
um determinado fim.
◦ Os materiais devem ser escolhidos por terem boas qualidades em serviço a 
um preço razoável. 
◦ O material perfeito para um trabalho poderá ser demasiado caro.
O que estuda a ciência de 
materiais?
Da estrutura as propriedades
Da estrutura as propriedades
(a) Microcircuito típico contendo um complexo arranjo de regiões semicondutoras. (Fotografia
cortesia da Intel Corporation.) (b) Um microcircuito visto com um microscópio eletrônico de
varredura. (De Metals Handbook, Materials Characterization, 9. ed. Ohio: American Society for
Metals, vol. 10, 1986.)
Da estrutura as propriedades
Imagens de microscopia eletrônica
de varredura da estrutura da asa de
uma borboleta da espécie Blue
morpho (a).
(micro)Estrutura x Propriedades
(micro)Estrutura:
(micro)Estrutura x Propriedades
Propriedades
Alumina (Al2O3) amorfa:
(micro)Estrutura x Propriedades
Estruturas Cristalinas
A estrutura interna dos materiais sólidos podem ser classificadas de
acordo com a regularidade na qual os átomos estão arranjados uns em
relação aos outros.
◦ Estrutura Amorfa: Estruturas carentes de um arranjo atômico regular e
sistemático ao longo de distâncias atômicas relativamente grandes.
◦ Estrutura Cristalina: É aquela na qual os átomos estão organizados na forma
de um arranjo atômico, regular e periódico ao longo de grandes distâncias
atômicas.
Todos os materiais metálicos, boa parte dos cerâmicos e alguns
polímeros apresentam-se de forma cristalina quando estão no estado
sólido.
http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.freespiritproductions.com/pdatom.jpg&imgrefurl=http://omeuentendimento.blogs.sapo.pt/tag/energia&h=459&w=476&sz=45&hl=pt-BR&start=7&usg=__T-jqBUi50-r_45ANH2106h9_zIE=&tbnid=CrhSi3ZBI9MMoM:&tbnh=124&tbnw=129&prev=/images?q=estruturas+cristalinas&gbv=2&hl=pt-BR
Revisão de conceitos: 
estrutura atômica e 
tabela periódica.
Estrutura atômica
Átomo
◦ Estrutura química mais simples de todos os elementos. Todo elemento 
químico é composto de átomos e todos os átomos de um elemento simples 
têm a mesma estrutura.
Composição do Átomo
◦ Núcleo: Prótons e Nêutrons unidos por uma força extremamente intensa.
◦ Eletrosfera: Elétrons girando em órbitas, e em altíssima velocidade, 
formando uma espécie de nuvem.
OBS: Para o estudos dos fenômenos eletromagnéticos existentes entres 
os elementos químicos foi feita a seguinte conversão.
◦ Nêutrons: Carga elétrica nula (𝑀𝑁 = 1,675 ∙ 10
−24𝑔);
◦ Prótons: Carga elétrica positiva (+) (𝑀𝑃 = 1,673 ∙ 10
−24𝑔);
◦ Elétrons: Carga elétrica negativa (-) (𝑀𝑒 = 1/1836𝑀𝑁).
◦ 𝑀𝑒 = 9,123 ∙ 10
−28𝑔
Estrutura atômica
Massa atômica
◦ A massa atômica é o produto da soma das massas dos prótons, nêutrons e
elétrons. Como a massa do elétron representa 0,05% da massa do
próton/nêutron, a massa do átomo é representado como a soma da massa
dos prótons com a massa dos elétrons;
◦ Influencia a densidade e o calor especifico.
Numero atômico
◦ Numero de elétrons que circundam um átomo neutro;
◦ Influencia nas propriedades dos materiais.
Camada de valência
◦ Ultima camada a receber elétrons;
◦ Os elétrons pertencentes a essa camada, geralmente
participam da formação das ligações químicas.
Estrutura atômica
Massa atômica:
𝑀𝑑𝑜 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑜 =
𝑀𝑎𝑡ô𝑚𝑖𝑐𝑎
𝑛𝐴𝑣𝑜𝑔𝑎𝑑𝑟𝑜
𝑀𝑑𝑜 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑜 =
12,01115
6,02 ∙ 1023
= 1,9952 ∙ 10−23
𝑔
á𝑡𝑜𝑚𝑜
𝑔
á𝑡𝑜𝑚𝑜
= á𝑡𝑜𝑚𝑜 − 𝑔𝑟𝑚𝑎
Tabela periódica
Devido as descobertas e o desenvolvimento acelerado dos estudos
sobre os elementos químicos, e a percepção da semelhança existente
entre alguns elementos, tornou-se necessário dividi-los em grupos e
classificá-los de acordo com suas propriedades.
◦ Famílias: São divididas em dezoito colunas e denominadas de famílias ou
grupos. Os elementos que constituem uma mesma família apresentam
propriedades químicas semelhantes, pois possuem a mesma quantidade de
elétrons na última camada.
Tabela periódica
Devido as descobertas e o
desenvolvimento acelerado dos
estudos sobre os elementos
químicos, e a percepção da
semelhança existente entre alguns
elementos, tornou-se necessário
dividi-los em grupos e classificá-los
de acordo com suas propriedades.
◦ Períodos: Denomina-se período ou
série cada uma das linhas
horizontais da tabela. Os períodos
correspondem ao número de
camadas ocupadas pelos elétrons.
Daí termos sete períodos.
Tabela periódica
2017 - 119 átomos
Tabela periódica
Distribuição Eletrônica
◦ Para cada próton (+) existente no núcleo atômico de um elemento químico, 
existe um elétron (-) distribuído na eletrosfera;
◦ Quanto maior o número de prótons de elemento químico, maior será seu 
núcleo, sua eletrosfera, e consequentemente maior será seu tamanho e 
massa;
◦ Esta distribuição é feita através de sucessivascamadas, sempre das camadas 
mais internas para as camadas mais externas;
◦ Cada camada suporta um determinado número máximo de elétrons;
Tabela periódica
Os níveis são preenchidos na sequência do menor para o maior e um
nível só poderá conter elétrons se o anterior estiver completo.
Em cada camada ou nível de energia, os elétrons se distribuem em
subcamadas ou subníveis, representados pelas letras s, p, d, f, em
ordem crescente de energia.
O número máximo de elétrons de cada subnível foi determinado
experimentalmente
Diagrama de Linus
Tabela Periódica
Tabela Periódica
Exercício A01 - I
Determine a massa do átomo e a distribuição eletrônica dos seguintes
átomos:
Determine a qual elemento químico as seguintes camadas eletrônicas:
potassium
K
39.098
19
magnesium
Mg
24.305
12
krypton
Kr
83.798
36
lead
Pb
207.2
82
iron
Fe
55.845
26
molybdenum
Mo
95.96
42
A. 2p4
B. 4s1
C. 3d1
D. 5p3
E. 4f5
F. 5s2
Como os átomos 
encontram-se ligados 
nos diferentes materiais
Distribuição dos elétrons
Numero quântico
◦ Os números quânticos são quatro: principal (n), secundário (l), magnético (m 
ou ml) e spin (s ou mS). Eles têm a função de localizar os elétrons, motivo 
pelo qual não existem elétrons que tenham os quatro números quânticos 
iguais.
Numero quântico principal (n)
◦ O numero máximo de elétrons em dado nível orbital.
𝑁𝑄𝑃 = 2 ∙ 𝑛
2
Distribuição dos elétrons
Principio de exclusão de Pauli
◦ Apenas dois elétrons podem ter os mesmos números quânticos orbitais, e
mesmo esses dois, não são completamente iguais, pois exibem
comportamentos magnéticos contrários, isto é, são de “spins” opostos.
◦ O número quântico de spin (s ou mS) é aquele que indica o sentido de
rotação do elétron
Ligações atômicas
Ligações atômicas
Com exceção dos gases nobres, os átomos tendem a estabilizar com um
arranjo de 8 eletros, exceção do hidrogênio (H) com 2 elétrons. Isso
ocorre por meio do recebimento (a), perca (b) ou compartilhamento (c)
de elétrons.
Os dois primeiros, (a) e (b), produzem íons negativos e positivos,
respectivamente, acarretando em forças coulombianas. O terceiro gera
um compartilhamento intimo entre os átomos, requerendo
compatibilidade entre as partes.
helium
He
4.0026
2
neon
Ne
20.180
10
argon
Ar
39.948
18
krypton
Kr
83.798
36
xenon
Xe
131.29
54
radon
Rn
[222]
86
Ligações atômicas
Lei de Coulomb, lei que governa a interação
eletrostática entre duas cargas pontuais. Entre as
muitas manifestações da eletricidade,
encontramos o fenômeno da atração ou repulsão
entre dois ou mais corpos eletricamente
carregados que se encontram em repouso.
A lei de Coulomb afirma que a intensidade da força
F entre duas cargas pontuais Q1 e Q2 é
diretamente proporcional ao produto das cargas, e
inversamente proporcional ao quadrado da
distância R que as separa.
𝐹 = −
𝐾
𝑑2
=
−𝑘 ∙ 𝑄1 ∙ 𝑄2
𝑑2
=
−𝑘 ∙ (𝑍1 ∙ 𝑞) ∙ (𝑍2 ∙ 𝑞)
𝑑2
𝐹 =
−𝑘 ∙ ((+1) ∙ 𝑞) ∙ ((−1) ∙ 𝑞)
𝑑2
=
𝑘 ∙ 𝑞 ∙ 𝑞
𝑑2
𝒒 = 𝟏, 𝟔 ∙ 𝟏𝟎−𝟏𝟗𝑪
Ligações atômicas
A magnitude das forças de união dos átomos é função da distância
estabelecida entre os átomos.
Quanto menor a distância interatômica maior a intensidade das forças
atrativas e repulsivas;
A magnitude das forças atrativas depende do tipo específico de ligação
química existente entre os dois átomos (iônica, covalente, metálica,....);
A forças repulsivas passam a se intensificar quando
as camadas eletrônicas mais externas dos átomos
passam a se sobrepor, ocorrendo a aproximação dos
núcleos;
Existe um ponto de equilíbrio, que ocorre quando as
forças atrativas e repulsivas se igualam estabilizando
uma determinada distância interatômica.
Ligações atômicas
A camada mais externa (Camada de Valência) é sempre a camada mais 
instável, e consequentemente a mais reativa;
Os únicos elementos estáveis, ou seja, que tem a camada de valência 
totalmente preenchidas, são os gases nobres.
Todos os átomos querem “se estabilizar” como um gás nobre, ou seja, 
querem completar sua camada de valência. Para que isso ocorra estes 
elementos instáveis doam ou recebem elétrons.
Para conseguirem a estabilidade eletrônica os elementos químicos 
devem conter a camada de valência preenchida com oito elétrons. 
(Regra do Octeto)
Ligações atômicas
Ligações químicas
◦ Entidades responsáveis pela união dos átomos, determinando as
propriedades mecânicas, químicas, elétricas, térmicas, ...;
◦ Ex: Ligações fortes propiciam pontos de fusão elevados, distâncias interatômicas
pequenas, baixos coeficientes de dilatação térmica, e módulos de elasticidade bem
elevados.
São as entidades responsáveis por unir todos os elementos químicos
existentes no universo, formando diversos tipos de compostos;
Podem ser classificadas em ligações primárias e secundárias;
Ligações atômicas
Ligações primárias:
◦ São a ligações mais fortes e representativas para o estudo dos materiais
sólidos.
◦ São classificadas em Iônicas; covalentes ou metálicas.
◦ Obs: Em grande parte das substâncias ocorre claramente a predominância de um
tipo de ligação sobre as outras.
Ligações secundárias:
◦ Ligação de Van der Walls.
◦ São a ligações menos intensas;
◦ Existem entre todos os átomos e moléculas;
◦ Ocorrem devido a polarização causada pelo desequilíbrio eletrônico;
◦ São melhores observadas nos gases nobres, devido a ausência de ligações primárias;
◦ São subdivididas em dipolo permanente e dipolo flutuante, que ocorrem devido a
assimetria na distribuição eletrônica das moléculas e dos átomos respectivamente.
Ligações atômicas
Ligações atômicas
Ligações iônicas
◦ Ligações químicas baseadas na atração eletrostática entre dois íons
carregados com cargas opostas, devido a doação ou recebimento de elétrons
(Lei de Coulomb);
◦ Sempre encontrada na ligação de elementos metálicos e não metálicos, ou
seja, entre os elementos que estão posicionados nas extremidades da tabela
na posição horizontal;
◦ Neste tipo de ligação os elementos adquirem
configurações estáveis (gás inerte) e uma carga
elétrica transformando-se em íons;
◦ As energias desse tipo ligação são relativamente
altas, o que é refletido nos elevados pontos de
fusão dos materiais que assim são ligados;
◦ Os materiais que estabelecem este tipo de ligação,
são maus condutores de calor e eletricidade, fatos
relacionados com a intensidade da interação dos
elétrons com seus respectivos núcleos.
Ligações atômicas
Ligações iônicas
◦ A energia de ligação, E, está relacionada à 
força de ligação por meio da expressão 
diferencial
𝐹 =
𝑑𝐸
𝑑𝑎
∴ 𝐹 = 0 =
𝑑𝐸
𝑑𝑎 𝑎=𝑎0
𝑑 = 𝑎0 = 𝑟𝑁𝑎+ + 𝑟𝐶𝑙−
◦ Essa equação implica que os dois íons
sejam esferas rígidas tocando em um único
ponto
Ligações atômicas
Ligações iônicas
◦ O número de coordenação (NC) é o número de íons (ou
átomos) adjacentes que cercam um íon (ou átomo) de
referência. Para cada íon mostrado na Figura, o NC é 6; ou
seja, cada íon tem seis vizinhos mais próximos.
◦ Esse número (NC) depende diretamente dos tamanhos
relativos dos íons carregados com cargas opostas. Esse
tamanho relativo é caracterizado pela razão dos raios (r/R),
onde r é o raio do íon menor e R é o raio do maior.
◦ Ligação não-direcional: o íon carregado
positivamente atrairá qualquer íon
carregado negativamente na sua
vizinhança em todas as direções
Ligações atômicas
Ligações iônicas
◦ O número de coordenação (NC) é o número 
de íons (ou átomos) adjacentes que cercam 
um íon (ou átomo) de referência. Para cada 
íon mostrado na Figura, o NC é 6; ou seja, 
cada íon tem seis vizinhos mais próximos.
Ligações 
atômicas
Números de
coordenação para
ligação iônica
Ligações atômicas
Numero 
Atômico Símbolo
Raio 
Atômico 
(nm) Íon
Raio 
Iônico
Numero 
Atômico Símbolo
Raio 
Atômico 
(nm) Íon
Raio 
Iônico
1 H 0,046 H− 0,154 12 Mg 0,16 Mg2+ 0,078
2 He — — — 13 Al 0,143 Al3+ 0,057
3 Li 0,152 Li+ 0,078 14 Si 0,117 Si4− 0,198
4 Be 0,114 Be2+ 0,054 Si4+ 0,039
5 B 0,097 B3+ 0,02 15 P 0,109 P5+ 0,03–0,04
6 C 0,077 C4+ < 0,02 16 S 0,106 S2− 0,174
7N 0,071 N5+ 0,01–0,02 S6+ 0,034
8 O 0,06 O2− 0,132 17 Cl 0,107 Cl− 0,181
9 F — F− 0,133 18 Ar 0,192 — —
10 Ne 0,16 — — 19 K 0,231 K+ 0,133
11 Na 0,186 Na+ 0,098 20 Ca 0,197 Ca2+ 0,106
Agosto 2021
N° Do Se Te Qu Qu Se Sá
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Exercício A01 - II
Usando os dados dos raios iônicos, calcule a força de atração
coulombiana, a força repulsiva entre e o numero de coordenação
◦ NaCl.
◦ Al2O3
◦ B2O3
◦ CaO
◦ MgO
◦ SiO2
◦ TiO2
Ligações atômicas
Ligações covalentes
◦ Ligação altamente direcional, ocorre preferencialmente em uma certa 
direção;
◦ Ocorre o compartilhamento de elétrons entre os átomos adjacentes;
◦ Ocorre principalmente nos compostos orgânicos;
◦ Quanto mais próximos estiverem os átomos na tabela periódica (menor 
diferença de eletronegatividade), maiores são as chances de ocorrer a 
ligação covalente;
◦ Exemplos: H2, H2O, NH3, CH4, HF, Cl2, F2, HNO3...
Ligações atômicas
A ligação covalente em uma
molécula de gás cloro, Cl2, é
ilustrada com (a) um modelo
planetário comparado com (b) a
densidade de elétrons real, (c)
um esquema de ponto por
elétron, e (d) um esquema de
linha de ligação.
(a) Uma molécula de etileno
(C2H4) é comparada com (b)
uma molécula de polietileno
(C2H4) que resulta da conversão
da ligação dupla C=C em duas
ligações simples C–C.
Ligações atômicas
Energias e comprimentos
de ligação para ligações
covalentes
representativas
Ligações atômicas
Representação esquemática
bidimensional da estrutura
‘tipo espaguete’ do
polietileno sólido
Ligações atômicas
Estrutura tridimensional da ligação no carbono sólido
covalente (diamante). Cada átomo de carbono (C) tem
quatro ligações covalentes com quatro outros átomos
de carbono. (Essa geometria pode ser comparada com a
estrutura cúbica do diamante, mostrada na Figura 3.23.)
Nessa ilustração, o esquema de linha de ligação da
ligação covalente é dado em uma visão perspectiva para
enfatizar o arranjo espacial dos átomos de carbono
ligados.
Configuração de tetraedro das ligações covalentes com 
carbono. O ângulo de ligação é 109,5º.
Ligações atômicas
Ligações covalentes
Calcule o tamanho de uma molécula de polietileno, (C2H4)n, onde n = 
500.
Ligações atômicas
𝑙 = (𝑡𝑎𝑚𝑎𝑛ℎ𝑜 𝑑𝑎 𝑙𝑖𝑔𝑎çã𝑜 𝐶 − 𝐶) ∙ 𝑠𝑒𝑛54,75°
𝑙 = (0,154𝑛𝑚) ∙ (0,8166)
𝑙 = 0,126 𝑛𝑚
𝐿 = 𝑛 ∙ (𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑖𝑔𝑎çõ𝑒𝑠) ∙ 𝑙
𝐿 = 500 ∙ 2 ∙ 0,126𝑛𝑚
𝐿 = 126𝑛𝑚 = 0,126μ𝑚 = 0,123 ∙ 10−9𝑚
Ligações atômicas
Ligações Metálicas
◦ Ocorre nos metais e em suas ligas no estado sólido;
◦ Nesse tipo de ligação os elétrons transitam livres no espaço existente entre
os núcleos dos diversos átomos que formam o material, devido a forma
compacta deste tipo de arranjo;
◦ Os elétrons não pertencem exclusivamente a nenhum núcleo específico,
devido a proximidade relativas entre os núcleos dos átomos;
◦ Proporciona uma boa condutividade térmica e elétrica, devido a forma como
são dispostos os elétrons;
◦ Proporciona altos índices de deformação plástica (ductilidade) sem a
ocorrência da fratura, pois os átomos podem escorregar uns sobre os outros
sem provocar o colapso das ligações metálicas;
http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.shoppingnota10.com/images/METAIS.JPG&imgrefurl=http://www.shoppingnota10.com/&h=308&w=306&sz=48&hl=pt-BR&start=2&usg=__cuImLkP-lMrFc1sYdr2uklw6hOI=&tbnid=R5V3YLoTvbs2XM:&tbnh=117&tbnw=116&prev=/images?q=metais&gbv=2&hl=pt-BR
http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://raia-quatro-blog.zip.net/images/metais.jpg&imgrefurl=http://raia-quatro-blog.zip.net/arch2004-08-01_2004-08-15.html&h=310&w=470&sz=31&hl=pt-BR&start=18&usg=__oQHq0U4thHs1wjI27bPFiv2ACXw=&tbnid=JCcEIpycI06e1M:&tbnh=85&tbnw=129&prev=/images?q=metais&gbv=2&hl=pt-BR
Ligações atômicas
Ligações Metálicas
◦ Envolve o compartilhamento de elétrons e é não-direcional;
◦ Nesse caso, os elétrons de valência são considerados elétrons delocalizados; 
ou seja, eles têm uma probabilidade igual de estar associados a qualquer um 
de um grande número de átomos adjacentes.
◦ Em metais típicos, essa delocalização está associada ao material todo, 
levando a uma nuvem de elétrons.
Ligações Elétrons de valência Direção
Iônica Transferidos Não direcional
Covalente Compartilhados Direcional
Metálica Compartilhado Não direcional
Ligações atômicas
As eletronegatividades dos elementos. (De Linus Pauling, The Nature of the Chemical 
Bond and the Structure of Molecules and Crystals; An Introduction to Modern 
Structural Chemistry, 3. ed. Nova York: Cornell University Press, 1960.)
Forcas intermoleculares.
Ligações intermoleculares
Ligações Secundarias, ou de van der Waals
◦ A principal fonte da coesão em um dado material da engenharia é uma ou
mais das três ligações primárias que abordamos.
◦ Como vimos na tabela, as energias das ligações primárias típicas variam de
200 a 700 kJ/mol (≈ 50 a 170 kcal/mol)
Ligações intermoleculares
Ligações Secundarias, ou de van der Waals
◦ É possível obter alguma ligação atômica (com energias de ligação
substancialmente menores) sem transferência ou compartilhamento de
elétrons. Essa ligação é conhecida como ligação secundária, ou ligação de
van der Waals.
◦ O mecanismo da ligação secundária é semelhante à ligação iônica (ou seja, a 
atração de cargas opostas). A principal diferença é que nenhum elétron é 
transferido.
◦ A atração depende de distribuições assimétricas de cargas positivas e 
negativas dentro de cada átomo ou unidade molecular que está sendo 
ligada. Essa assimetria de carga é denominada dipolo.
◦ A ligação secundária pode ser de dois tipos, dependendo de os dipolos 
serem (1) temporários ou (2) permanentes.
Ligações intermoleculares
Ligações Secundarias, ou de van der Waals
◦ Dipolo induzido - é uma força de atração que aparece nas substâncias
formadas por moléculas apolares. Como o grau de distorção de carga
relacionado a um dipolo induzido é pequeno, a magnitude do dipolo
resultante é pequena, levando a uma energia de ligação relativamente
pequena (0,99 kJ/mol ou 0,24 kcal/mol).
Desenvolvimento de dipolos induzidos em átomos de argônio (Ar) adjacentes, levando a uma ligação
secundária fraca. O grau de distorção de carga mostrado aqui está bastante exagerado.
Ligações intermoleculares
Ligações Secundarias, ou de van der Waals
◦ Energias de ligação secundárias são um tanto maiores quando unidades
moleculares contendo dipolos permanentes estão envolvidas.
◦ Ponte de hidrogênio, que conecta moléculas adjacentes de água (H2O)
Ponte de hidrogênio. Essa ligação secundária é formada
entre dois dipolos permanentes nas moléculas de água
adjacentes.
Relação entre ligações 
químicas e o material
Materiais de engenharia
Cerâmicas
Polímeros
Metais
Ligações químicas primárias 
Iônica
Covalente
Metálica
Relação entre ligações 
químicas e o material
Materiais de engenharia
Cerâmicas
◦ Predominante: iônica
◦ Menor concentração: covalentes e metálicas
Polímeros
◦ Predominante: covalentes
◦ Menor concentração: iônica e metálicas
Metais
◦ Predominante: metálicas
◦ Menor concentração: iônica