apostila ciencia dos materiais

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FACULDADE ÚNICA 
DE IPATINGA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Herica Freitas Silva 
 
Especialista em Engenharia de Materiais (2020) e Bacharela em Engenharia Mecânica 
(2018) pela Faculdade Pitágoras de Ipatinga. Especialista em Engenharia de Materiais pela 
mesma instituição (2020). Atualmente presta serviços de programação com foco em 
controle e monitoramento dos consumos, gastos e projetos de eficiência energética da 
planta da Aperam South America, única usina siderúrgica totalmente integrada que produz 
aços inoxidáveis planos e aços elétricos de grão não-orientado e super-orientado 
totalmente processados da América Latina, localizada em Timóteo – MG. Possui 
experiência com docência ministrando cursos validados pela Faculdade Pitágoras e 
reconhecidos como material válido para horas extracurriculares para as disciplinas básicas 
dos primeiros anos dos cursos de engenharia. 
 
CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
1ª edição 
Ipatinga – MG 
2021 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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FACULDADE ÚNICA EDITORIAL 
 
Diretor Geral: Valdir Henrique Valério 
Diretor Executivo: William José Ferreira 
Ger. do Núcleo de Educação a Distância: Cristiane Lelis dos Santos 
Coord. Pedag. da Equipe Multidisciplinar: Gilvânia Barcelos Dias Teixeira 
Revisão Gramatical e Ortográfica: Izabel Cristina da Costa 
Revisão/Diagramação/Estruturação: Bárbara Carla Amorim O. Silva 
 Carla Jordânia G. de Souza 
 Rubens Henrique L. de Oliveira 
Design: Brayan Lazarino Santos 
 Élen Cristina Teixeira Oliveira 
 Maria Luiza Filgueiras 
 
 
 
 
 
 
 
 
© 2021, Faculdade Única. 
 
Este livro ou parte dele não podem ser reproduzidos por qualquer meio sem 
Autorização escrita do Editor. 
 
 
T314i 
 
 
Teodoro, Jorge Benedito de Freitas, 1986 - . 
Introdução à filosofia / Jorge Benedito de Freitas Teodoro. – 1. ed. Ipatinga, 
MG: Editora Única, 2020. 
113 p. il. 
 
Inclui referências. 
 
ISBN: 978-65-990786-0-6 
 
1. Filosofia. 2. Racionalidade. I. Teodoro, Jorge Benedito de Freitas. II. Título. 
 
CDD: 100 
CDU: 101 
Ficha catalográfica elaborada pela bibliotecária Melina Lacerda Vaz CRB – 6/2920. 
 
 
 
 
 
NEaD – Núcleo de Educação a Distância FACULDADE ÚNICA 
Rua Salermo, 299 
Anexo 03 – Bairro Bethânia – CEP: 35164-779 – Ipatinga/MG 
Tel (31) 2109 -2300 – 0800 724 2300 
www.faculdadeunica.com.br
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Com o intuito de facilitar o seu estudo e uma melhor compreensão do conteúdo 
aplicado ao longo do livro didático, você irá encontrar ícones ao lado dos textos. 
Eles são para chamar a sua atenção para determinado trecho do conteúdo, cada um 
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abordado. 
 
Trata-se dos conceitos, definições ou afirmações 
importantes nas quais você deve ter um maior grau de 
atenção! 
 
São exercícios de fixação do conteúdo abordado em 
cada unidade do livro. 
 
São para o esclarecimento do significado de 
determinados termos/palavras mostradas ao longo do 
livro. 
 
Este espaço é destinado para a reflexão sobre questões 
citadas em cada unidade, associando-o a suas ações, 
seja no ambiente profissional ou em seu cotidiano. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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SUMÁRIO 
 
INTRODUÇÃO À CIÊNCIA E ENGENHARIA DOS MATERIAIS .................... 8 
1.1 CONCEITO DA CIÊNCIA DOS MATERIAIS .............................................................. 8 
1.2 TETRAEDRO DA CIÊNCIA E ENGENHARIA DOS MATERIAIS ................................... 9 
1.3 PROCESSO DE EVOLUÇÃO DOS MATERIAIS ........................................................ 12 
1.3.1 A Idade da Pedra .......................................................................................... 13 
1.3.2 A Idade dos Metais ........................................................................................ 14 
1.3.3 A Idade do Cobre .......................................................................................... 15 
1.3.4 A Idade do Bronze ......................................................................................... 16 
1.3.5 A Idade do Ferro ............................................................................................ 16 
FIXANDO CONTEÚDO ........................................................................................... 18 
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS .......................................................... 22 
2.1 METAIS ................................................................................................................... 22 
2.2 POLÍMEROS ............................................................................................................ 24 
2.3 CERÂMICOS .......................................................................................................... 27 
2.4 COMPÓSITOS ........................................................................................................ 30 
2.5 SEMICONDUTORES E BIOMATERIAIS .................................................................... 31 
FIXANDO CONTEÚDO ........................................................................................... 34 
ESTRUTURA ATÔMICA E LIGAÇÃO INTERATÔMICA ............................... 39 
3.1 ESTRUTURA ATÔMICA DOS MATERIAIS ................................................................ 39 
3.1.1 Os Modelos Atômicos da Química ............................................................. 42 
3.1.2 Caracterização de Elétrons – Números Quânticos .................................. 43 
3.1.3 Configuração Eletrônica .............................................................................. 44 
3.2 LIGAÇÕES INTERATÔMICA DOS MATERIAIS ........................................................ 47 
3.2.1 Ligação iônica ................................................................................................ 47 
3.2.2 Ligação Covalente ........................................................................................ 48 
3.2.3 Ligação metálica ........................................................................................... 50 
3.2.4 Ligação Van Der Waals ................................................................................ 50 
FIXANDO CONTEÚDO ........................................................................................... 52 
ESTRUTURA CRISTALINA E NÃO-CRISTALINA .......................................... 56 
4.1 CÉLULAS UNITÁRIAS E REDES DE BRAVAIS ........................................................... 56 
4.2 ESTRUTURAS CRISTALINAS DOS METAIS ................................................................ 60 
4.2.1 Estruturas Cúbicas Simples (CS) ................................................................... 60 
4.2.2 Estruturas Cúbicas de Face Centrada (CFC) e Corpo Centrado (CCC)
 ........................................................................................................................... 61 
4.2.3 Estruturas Hexagonais .................................................................................... 63 
4.3 DIREÇÕES E PLANOS CRISTALOGRÁFICOS.......................................................... 64 
4.4 iMPERFEIÇÕES NOS SÓLIDOS ............................................................................... 67 
FIXANDO CONTEÚDO ........................................................................................... 73 
CARACTERÍSTICAS DOS FÍSICA E QUÍMICAS SÓLIDOS ......................... 77 
5.1 DIFUSÃO ................................................................................................................ 77 
5.2 DIAGRAMA DE FASES ...........................................................................................82 
5.2.1 A regra da Alavanca .................................................................................... 83 
5.2.2 Diagrama Isomorfo ........................................................................................ 84 
5.2.3 Diagrama Binário sem Solução Sólida ....................................................... 85 
5.2.4 Diagrama Tenário ........................................................................................... 88 
5.2.5 Diagrama de Materiais Cerâmicos ............................................................. 89 
FIXANDO CONTEÚDO ........................................................................................... 90 
 
UNIDADE 
02 
UNIDADE 
03 
UNIDADE 
01 
UNIDADE 
04 
UNIDADE 
05 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 
 
 
COMPORTAMENTO MECÂNICO E APLICABILIDADE DOS MATERIAIS .. 94 
6.1 COMPORTAMENTO MECÂNICO DOS MATERIAIS ............................................... 94 
6.1.1 Curva de Tensão Deformação .................................................................... 94 
6.1.2 Testes de Dureza ............................................................................................. 97 
6.1.3 Falhas Ou Fraturas ....................................................................................... 100 
6.1.4 Fadiga ........................................................................................................... 102 
6.1.5 Fluência ......................................................................................................... 102 
6.2 PROPRIEDADES TÉRMICAS, MAGNÉTICAS E ÓPTICAS DOS MATERIAIS ........... 103 
6.2.1 Propriedades dos Metais ........................................................................... 103 
6.2.2 Propriedades dos Polímeros ...................................................................... 104 
6.2.3 Propriedades dos Cerâmicos .................................................................... 105 
6.2.4 Propriedades dos Compósitos .................................................................. 105 
6.3 APLICABILIDADE DOS MATERIAIS ....................................................................... 106 
6.4 RECICLABILIDADE DOS RESÍDUOS GERADOS PELOS MATERIAIS ...................... 107 
6.4.1 Reciclabilidade dos Materiais Metálicos ................................................ 108 
6.4.2 Reciclabilidade dos Materiais Cerâmicos .............................................. 109 
6.4.3 Reciclabilidade dos Materiais Poliméricos ............................................. 110 
FIXANDO CONTEÚDO ......................................................................................... 113 
RESPOSTAS DO FIXANDO O CONTEÚDO ............................................. 118 
REFERÊNCIAS ......................................................................................... 119 
 
 
UNIDADE 
06 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7 
 
 
CONFIRA NO LIVRO 
 
A Unidade I apresenta o conceito inicial da Ciência e Engenharia 
de materiais, assim como a evolução história dos materiais pelo 
homem ao longo da passagem das eras pré-históricas até a era 
moderna. 
A Unidade II classifica os materiais com base na sua composição e 
aplicabilidade. Apresenta os principais grupos já estudados e ca-
racterizados pela Ciências dos Materiais assim como novos 
conceitos de materiais modernos. 
 
 
A Unidade III apresenta o conceito de construção dos átomos, 
também conhecida como estrutura atômica. Nesta unidade serão 
estudadas também as ligações interatômicas existentes. 
A Unidade IV demonstra o conceito de estruturas cristalinas 
apresentando as 14 redes de Bravais e configuração de cada 
uma. Assim como características das estruturas como direções e 
planos cristalográficos e as imperfeições apresentadas pelos 
sólidos. 
 
 
A Unidade V apresenta as principais características físicas dos 
materiais com base na sua classificação. Conceitos como difusão 
nos sólidos e também apresenta o diagrama de fases que é muito 
utilizado no estudo da ciência dos materiais. 
A Unidade VI apresenta o comportamento mecânico dos materiais 
com base na aplicação de testes físicos. Além disso explicita a 
aplicação geral, assim como o tipo de resíduo que é gerado dado 
cada material. Além disso nesta unidade o conceito de 
reciclabilidade dos materiais também será abordado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8 
 
 
INTRODUÇÃO À CIÊNCIA E 
ENGENHARIA DOS MATERIAIS 
 
 
1.1 CONCEITO DA CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
A ciência dos materiais é a área da engenharia responsável por estudar as 
interações entre os materiais, como ligações químicas, arranjos moleculares, propri-
edades física presentes na natureza (ASHBY, 1999). Através do estudo desta ciência 
é possível obter os conhecimentos científicos dos materiais existentes, aplica-los em 
diversas solicitações do cotidiano, da engenharia e também estudar para melhoria 
e complementação de suas propriedades assim como a descoberta de novos 
materiais. 
Esta ciência objetiva-se em caracterizar as propriedades dos materiais com 
base em sua composição química, arranjo estrutural e tipos de esforços que são 
atribuídos a eles. Segundo Callister Jr. e Rethwisch (2021) se pode caracterizar as 
propriedades dos materiais com base em seis classes, são elas: mecânica, elétrica, 
térmica, magnética, ótica e deteriorativa. 
De fato, esta área de estudo acompanhou a evolução da humanidade 
desde os seus primórdios, quando o homem utilizava a pedra como principal insumo 
em suas manufaturas para caça e sobrevivência. Ao longo das eras a ciência dos 
materiais se aperfeiçoou, assim como o homem, e se tornou a ciência que a 
engenharia conhece na era moderna. 
Dentro deste conceito nota-se que está ciência é de suma importância para 
todas as áreas da engenharia, pois através dela é possível seguir evoluindo nas 
pesquisas relacionadas aos insumos de produção no mundo. A globalização 
depende muito da evolução dos insumos, porque a cada dia a engenharia estuda 
novos meios que satisfaçam as solicitações da industrialização. 
Para o profissional de engenharia, essa ciência torna-se aliada, pois 
independente da área de atuação do profissional, ele deve estar capacitado para 
reconhecer e aplicar seus conhecimentos sobre a importância dos materiais e seus 
diferentes tipos de aplicação na engenharia. 
Como um exemplo clássico da aplicação dessa ciência, pode-se citar a 
visão crítica de um engenheiro mecânico ao determinar um material em sua rotina 
UNIDADE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9 
 
 
de trabalho, a fim de aplicar melhores métodos de manufatura ou manutenção. Ou 
um engenheiro químico que deve conhecer todas as interações físicas e químicas 
dos materiais em sua rotina de trabalho em laboratório de testes. Assim como diver-
sas outras áreas da engenharia possuem sua aplicabilidade dentro da ciência dos 
materiais. 
Existe, contudo, uma classificação dos materiais com base nos estudos 
realizados por esta ciência, esta classificação foi construída através dos milênios 
passados com a evolução humana. Os materiais subdividem-se em: metais, 
polímeros, cerâmicos e compósitos. Esta classificação é realizada de acordo com a 
similaridade das propriedades destes materiais, assim como processamento e 
estruturas. 
Através da ciência dos materiais, profissionais da engenharia podem 
desenvolver estudos que acompanham as descobertas e evoluções da tecnologia, 
correlacionando à aplicação de materiais já existentes otimizando sua 
capacidade. Assim como quantificar a aplicabilidade de novas descobertas que a 
era moderna possui como consequência. 
 
 
 
Ademais para que se possa estudar esta ciência é preciso conhecer os 
conceitos obtidos através da evolução do homem, desde os processos primitivos 
até os tempos modernos. Assim como diversas metodologias aplicadas, como a 
química a física e outros conceitos. Um ponto muito importante para este estudo é 
o conhecimento do tetraedro da ciência dos materiais,sua importância e 
aplicação no meio de todo este vasto conceito. 
 
1.2 TETRAEDRO DA CIÊNCIA E ENGENHARIA DOS MATERIAIS 
Por se tratarem de conceitos tão parecidos, a ciência e engenharia de 
materiais caminham juntas no meio científico. Todavia seus conceitos não devem 
ser confundidos. A ciências dos materiais é o campo de estudo direcionado para 
Para complementação da introdução a ciências dos materiais recomenda-se a leitura 
da Unidades 1 do livro “Ciência e Tecnologia dos Materiais” (2015)de autoria de 
Henrique Cezar Pavanati. Disponível em: https://bit.ly/3loT92x. Acesso em: 28 jan. 2021.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10 
 
 
estudo de comportamento, aplicação, melhoria e descobrimento de novos materi-
ais. Enquanto a engenharia de materiais é o campo responsável por utilizar tais 
estudos nas aplicações de práticas da engenharia. 
 
 
 
Indiferente do campo de estudo, existe um conceito muito importante que 
chamamos de tetraedro da ciência e engenharia dos materiais (Figura 1). Este 
conceito permite auxiliar o profissional a desenvolver o pensamento crítico através 
de quatro principais pilares sobre o material estudado, são eles: Síntese ou 
processamento, propriedade e performance estrutura e composição química. 
 
Figura 1: Tetraedro da Ciência e Engenharia de Materiais 
 
Fonte: Elaborado pela Autora (2021) 
 
Este recurso permite que os campos de estudo desta ciência sejam bem 
definidos, divididos e compreendidos. Além disso, a ordenação destes quatro 
fatores permite que o aluno possa enxergar a interdependência de todos os 
elementos componentes do tetraedro. Na ciência dos materiais se estuda 
principalmente as propriedades de cada material para aplicações diversas ao 
longo das atividades do ser humano, nota-se então a importância de saber o que 
configura tais propriedades. 
Mesmo a ciência dos materiais e a engenharia dos materiais possuírem conceitos 
distintos, elas ainda formam uma dupla dentro do estudo dos materiais que dedica os 
esforços para a evolução destes insumos na engenharia (ASKELAND; WRIGHT, 2015). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
11 
 
 
A estrutura de um material é a organização de todos os elementos que fa-
zem parte de sua composição. A forma e configuração dessa estrutura é baseada 
na rota de processamento (fabricação) do material analisado, com isso, fica fácil 
assimilar que todos os materiais com rotas distintas terão estruturas (configurações) 
diferentes se comparados. 
Além da estrutura é necessário o conhecimento intrínseco da composição 
química, pois através dela se pode determinar algumas propriedades físicas e 
químicas, também quais rotas de processamento poderão ser utilizadas sem que 
suas propriedades sejam afetadas ao final do processo. 
Quando um material é selecionado para certo trabalho na engenharia, a 
análise crítica deve ser realizada levando em consideração todas as quatro 
propriedades citadas no tetraedro. Estas propriedades sempre estarão interligadas 
de forma que qualquer alteração mínima em uma, pode afetar consideravelmente 
outra propriedade importante para a aplicação desejada (ASKELAND; WRIGHT, 
2015). 
 
 
 
Quando se estuda a ciências dos materiais é importante que o 
conhecimento didático seja combinado com o pensamento crítico para avaliar 
situações com coerência, levando em consideração funcionalidade, meio 
ambiente e custo. 
 
 
Você foi escolhido para trabalhar em uma empresa com seleção de materiais para 
fabricação de tubos para saneamento básico. O seu supervisor pede um material com a 
composição “X”, mas precisa da rota de processamento “Y”. Com suas pesquisas 
chegou aos materiais A, B e C, sendo que todos atenderiam perfeitamente segundo sua 
análise crítica. O custo de C > A > B. O material B atenderia bem, mas em sua 
composição química existe um elemento que contaminaria o solo. Já o material A é mais 
frágil fisicamente, contudo, existe a possibilidade de um tratamento que o tornaria mais 
resistente. Por fim, o material C não precisaria de nenhum tratamento, atendendo bem 
as expectativas, contudo, este é o material mais custoso. Com base nas propriedades 
requeridas e estudando o tetraedro, qual material você utilizaria? Discuta com seu tutor.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
 
 
1.3 PROCESSO DE EVOLUÇÃO DOS MATERIAIS 
Desde os primórdios da sociedade o homem busca por evolução, construin-
do ao longo do tempo uma continuidade para diversas áreas de estudo. Com a 
ciências dos materiais esta situação não é diferente, a evolução do homem no 
contexto histórico é tão importante para esta ciência como para a história. 
Antes de desenvolver um pensamento sobre a importância da evolução 
humana para o mundo, reflita: O que seria da humanidade se ela ainda estivesse 
fazendo utensílios de pedra para caçar? Não é muito difícil imaginar o impacto que 
a evolução possui sobre a vida das pessoas. 
A engenharia, ciência, tecnologia e todo conforto que a humanidade 
desenvolveu ao longo das eras só se tornou possível com a evolução do homem. 
Através da inteligência humana que se desenvolveu ao longo dos anos foi possível 
a industrialização do mundo chegando ao nível da quarta revolução industrial do 
século XXI. 
 
 
 
A evolução histórica dos materiais pode ser dividida em três principais 
períodos: idade da pedra vista nos primórdios da sociedade, idade dos metais 
destacando principalmente a idade do bronze e depois a idade dos metais para as 
outras ligas, esse período da idade dos metais se subdivide pela importância distinta 
das ligas descobertas e sua funcionalidade. Todavia entre estes acontecimentos 
pode-se subdividir a idade dos metais, fazendo com que a linha da evolução dos 
materiais fique mais completa, assim temos: idade da pedra, idade dos metais, 
idade do cobre, idade do bronze, idade do ferro. 
 
É importante sempre estudar e aprofundar os conceitos de evolução humana e também 
da continuidade das ciências importantes para a modernização de novos métodos e 
técnicas da engenharia. Recomendamos a leitura da Unidade 1 do Livro “Ciência e 
Engenharia de Materiais – Uma Introdução” de Callister Jr. e Rethwisch (2021). Disponível 
em: https://bit.ly/3tv9Bkr. Acesso em: 28 jan. 2021.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
13 
 
 
1.3.1 A Idade da Pedra 
A idade da pedra é conhecida como o marco inicial da evolução do 
homem, neste período a espécie homo sapiens começou a produção e utilização 
de utensílios confeccionados utilizando a pedra como principal insumo. Todavia, 
esta era não se tratou somente da utilização deste insumo, ela comportou também 
alguns eventos que se tornaram marcos importantes na história, como a formação 
da sociedade, a atividade agropecuária e a descoberta do fogo. 
Este período é segmentado em três períodos distintos: Período Paleolítico, Pe-
ríodo Mesolítico e Período Neolítico (NAVARRO, 2006). Cada um destes, representa 
uma parte importante da história da evolução do homem, consequentemente a 
evolução da utilização dos mais diversos materiais. 
Na idade da Pedra Antiga ou Pedra Lascada, também conhecida como 
Período Paleolítico, que ocorreu a aproximadamente 2 milhões de anos antes do 
século XXI, quando o homem era selvagem, e utilizava utensílios confeccionados 
principalmente para se alimentar (através da caça) e se defender de outros 
homens/animais. 
A característica de confecção deste período é a principal responsável por 
nomear esta era como a “Era da Pedra Lascada”, pois o homem utilizava lascas 
brutas, obtidas da colisão entre pedras, para confeccionar utensílios simples como 
lâminas quebradas, pequenas facas e lanças brutas confeccionadas de madeira e 
pedra. Esta produção era feita basicamente batendo pedras umas sobre as outras 
na tentativa de conseguir o formato desejado, não existia forma melhor para a 
obtenção desses insumos e por isso a manufatura era limitada a simplicidade 
(NAVARRO, 2006). 
Na Pré-história, ou PeríodoMesolítico ocorre um dos primeiros marcos na 
evolução do homem, a agricultura. Este período pode ser visto entre a era 
Paleolítica e Neolítica somente em alguns pontos mais frios, onde o homem passou 
a cultivar alguns alimentos para garantir sua sobrevivência em meio à escassez de 
recursos. 
Neste período as ferramentas não se limitava apenas a armas para caça e 
guerra, mas o homem passou a confeccionar utensílios que o ajudasse a cultivar o 
alimento. Pás primitivas de pedra eram utilizadas para cavar e plantar, o homem 
viu-se evoluindo na manufatura por necessidade de sobrevivência. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
14 
 
 
Já o período Neolítico, também chamado de Período da Pedra Polida, 
marca a última fase da Idade da Pedra. Através da agricultura desenvolvida na era 
Mesolítica o homem pode reproduzir, criando pequenas tribos e aglomerações 
através da terra. Além desse marco na história, o Período Neolítico é marcado pela 
descoberta do fogo, o homem faz a descoberta deste elemento proporcionando a 
utilização de novos insumos. 
Com essa grande evolução, o homem passou a utilizar além da pedra, outros 
materiais como ossos, argila e a cerâmica (argila + fogo). O homem e seus iguais 
deixaram as cavernas, passando a viver em pequenas tribos e ocas construídas de 
materiais simples como argila, pedra e aglomerados de argila e palha. 
Além disso, neste período ouve a criação de alguns padrões de vestimentas 
entre as tribos. O que determinava a qual aglomeração um determinado ser per-
tencia, essa ação permitia diferenciar o povo amigo de inimigo, diminuindo as 
guerras entre aliados. 
Outro fator bastante importante para a era Neolítica é a utilização do senso 
de seleção com os animais, o homem começa e entender os conceitos sobre 
domesticação e passa a consumir os produtos provenientes de alguns animais 
(pecuária), como: leite, ovos, banha, carnes de engorda, etc. Este consumo só era 
possível devido a capacidade de cultivar do homem, onde ele podia alimentar os 
animais domesticados para usufruir de seus produtos. 
Ao final da Idade da Pedra então o homem possui os recursos de manufatura 
de ferramentas e utensílios, agricultura, pecuária, presença de tribos mais 
organizadas, a descoberta do fogo e o início da utilização de outros insumos para a 
confecção de suas ferramentas. 
 
1.3.2 A Idade dos Metais 
A Idade dos Metais só foi possível devido a principal descoberta do homem 
no período Neolítico. O fogo trouxe a possibilidade de trabalhar com diferentes 
materiais, como cerâmicas e os metais que foram posteriormente incluídos em suas 
manufaturas. Alguns utensílios antes produzidos em pedra e ossos passavam a ser 
constituídos de metais como o cobre, ligas do cobre e o ferro. 
Os insumos para caça, agricultura e pecuária, antes produzidos em materiais 
que se deterioravam com certa facilidade, foram substituídos pelos confeccionados 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
15 
 
 
com metais. Isso proporcionou maior eficiência, estabilidade e durabilidade as 
ferramentas utilizadas no cotidiano do homem desta era. 
A utilização dos metais como insumo de produção possibilitou ao homem 
descobertas básicas relacionadas a ciências dos materiais, como: ponto de fusão, 
dureza, maleabilidade e outras características físicas dos metais. A partir dessa ida-
de o homem começou a diferenciar metais, criando ligas metálicas e 
aperfeiçoando sua manufatura com este insumo. 
Durante a manufatura de alguns itens, o homem foi descobrindo novos 
materiais, novas misturas e como realiza-las com sucesso. A criação destas novas 
ligas permitiu que os materiais dessem mais um passo em seu processo de evolução, 
a partir destas misturas o homem chegou ao cobre, bronze e ferro. 
 
 
 
1.3.3 A Idade do Cobre 
Estratificando a Idade dos Metais, pode se citar primeiro a Idade do Cobre. 
Este foi o primeiro metal utilizado pelo homem para fins de manufatura, sucedeu o 
período Neolítico. Com o uso do fogo o cobre poderia ser moldado facilmente para 
diversos formatos, sendo possível confeccionar variadas formas. 
Este material encontra-se na natureza de duas formas, uma delas é em forma 
de óxidos. Acredita-se que o primeiro minério utilizado pelo homem tenha sido um 
carbonato, chamado de malaquita - Cu2(OH)2(CO3). Através de fundição deste 
minério na confecção de cerâmicas o homem descobriu o cobre. 
 
 
 
Por se tratar de um material com excelente condutibilidade elétrica e 
Cu2(OH)2(CO3)
 
 
 
 
 
 
 
 
 
16 
 
 
térmica o cobre torna-se um material muito fácil de ser trabalhado, essa 
capacidade na Idade do Cobre fez com que ele fosse cada vez mais empregado, 
dando a possibilidade da criação e evolução em suas diferentes ligas. 
 
1.3.4 A Idade do Bronze 
O conceito de liga metálica é simples, utilizam-se dois ou mais materiais para 
fabricar um novo “material” desde que pelo menos um destes componentes seja 
um metal. Esta liga possui propriedades de todos os materiais utilizados em sua con-
fecção. Normalmente na engenharia utilizam-se mais ligas metálicas do que os 
próprios metais puros, isso porque as propriedades físicas destes se complementam 
formando uma liga mais proveitosa. 
O bronze é uma liga metálica que possui em sua composição cerca de 90% 
de Cobre (Cu) e 10% de Estanho (Sn). A idade do bronze se caracterizou pela 
mistura destes materiais gerando a liga metálica chamada bronze. Muitas literaturas 
abordam a idade do bronze logo depois do período Neolítico, mas outros autores 
como Navarro (2006) ditam indícios da idade do cobre entre estas duas eras 
(Pedra-Bronze) justamente pelo período de descobrimento da possibilidade de 
misturar dois materiais diferentes. 
Esta era é marcada pelo início da metalurgia de fato, onde o homem 
começa a misturar materiais diferentes como o bronze (Cu e Sn) para obtenção de 
ligas para manufatura. Todavia o bronze se tornara um insumo caro, e na sua 
concepção apenas pessoas com maior poder de compra possuíam acesso à esta 
liga metálica. Após certo tempo de uso, a prática de misturar ambos metais se 
tornou mais comum, o que reduziu seu preço de mercado chegando até as mão 
de classes média-baixas. 
 
1.3.5 A Idade do Ferro 
Com o avanço dos conhecimentos sobre a mistura de dois ou mais materiais, 
o homem finalmente chega a idade do ferro, período esse em que a pré-história 
teria chegado ao seu fim. O ferro passou a substituir o cobre nas manufaturas do 
homem. Este é o marco histórico que encerra a linha do tempo da evolução básica 
dos materiais. 
Esta era foi inicialmente observada no Oriente Médio, onde o homem 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
17 
 
 
descobriu a possibilidade de extrair o minério de ferro das rochas e confeccionar 
seus utensílios. Com o tempo este material foi substituindo o cobre e o bronze, isso 
porque o homem viu que o elemento ferro (Fe) estava mais presente na natureza, e 
proporcionava também maior durabilidade e resistência em suas manufaturas. 
Partindo do Oriente médio, a Idade do Ferro passou pelo Egito, Grécia, Áfri-
ca, Europa, Índia e Ásia. A América não havia feito esta descoberta, então algum 
tempo depois a Europa, através da sua caravana de colonização apresentou 
artigos de ferro aos nativos desta área. 
Nesta era o homem descobriu não apenas o ferro, mas pode evoluir em 
outros segmentos. Um dos principais segmentos que evoluíram com esta descoberta 
foi a construção, o homem viu-se construindo pontes, fortalezas e moradias com o 
auxílio deste insumo. Neste período as atividades de tecelagem e cerâmica 
também evoluíram, o que permitiu que o homem pudesse combinar recursos para 
crescer como sociedade. 
Tornou-se comum o ato de misturar o ferro com outros elementos, criando 
ligas metálicas que conferiam diferentes propriedades aos insumos criados. As ligas 
de ferro tornaram-se o principal material utilizado na construção, produção, 
agricultura, etc. Neste período eracomum a presença de muitos ferreiros nas 
cidades, o que tornou a prática de forja bastante prestigiada. 
A partir do século XIX o homem desenvolveu novos meios de processamento 
de materiais, surgiram novas técnicas de fundição e com isso uma liga muito 
importante para o mundo, o aço. A liga metálica chamada aço é composta 
principalmente de ferro (Fe) e carbono (C), estas proporções podem chegar em 
até 97% Fe, 2%C e 1% de outros elementos ou impurezas, variando dependendo dos 
processos e aplicações. 
A partir das evoluções do final da Idade do Ferro, o homem saiu do período 
pré-histórico e começou uma jornada de desenvolvimento sem limites. Com a 
descoberta do aço o homem pode evoluir não só em construções, manufatura, 
agricultura, pecuária, mas também em inovações e novas tecnologias para 
continuar evoluindo na utilização dos materiais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
18 
 
 
FIXANDO CONTEÚDO 
1. Através dos estudos realizados compreende-se que a ciência dos materiais obje-
tiva-se em caracterizar as propriedades dos materiais baseando-se em sua 
composição química, arranjo estrutural e submissão de esforços ao longo do 
trabalho. Existem no entanto seis principais classificações para as propriedades 
dos materiais dentro da concepção dos estudiosos, são elas: 
 
a) Mecânica, elétrica, calorífica, magnetismo, visual e construtiva. 
b) Mecânica, física, química, magnética, ótica e deteriorativa. 
c) Mecânica, química, física, ótica, deteriorativa e construtiva. 
d) Mecânica, elétrica, térmica, magnética, ótica e deteriorativa. 
e) Mecânica, elétrica, térmica, magnetismo, visual e construtiva. 
 
2. Analise as sentenças e marque a alternativa correta: 
 
I. A ciências dos materiais é o campo de estudo direcionado para a 
observação do comportamento, aplicação, melhoria e descobrimento de 
novos materiais; 
II. Dentro dos conceitos de ciências dos materiais estuda-se interações entre os 
materiais, ligações químicas, arranjos moleculares, propriedades físicas e 
químicas; 
III. A engenharia de materiais é o campo responsável por utilizar tais estudos na 
seleção e aplicação dos materiais em diversas funções. 
 
a) Estão corretas I e III. 
b) Estão corretas II e III. 
c) Todas as afirmativas estão corretas. 
d) Somente a III está correta. 
e) III está incorreta. 
 
3. Um conceito muito importante para a ciência dos materiais já criado é o 
tetraedro da ciência e engenharia de materiais, o qual possui quatro principais 
pilares que determinam a condição e propriedades de um dado material. Sabe-
 
 
 
 
 
 
 
 
 
19 
 
 
se que a alteração de um destes quatro pilares reflete sobre os três, independen-
te de qual seja. Dentro deste conceito os quatro pilares do tetraedro da ciência 
e engenharia de materiais são: 
 
a) Fabricação, propriedade física, estrutura e composição química. 
b) Síntese ou processamento, propriedade e performance, estrutura e composição 
química. 
c) Síntese ou processamento, ductilidade, estrutura de átomos e composição 
química. 
d) Síntese ou processamento, propriedade e performance, estrutura e composição 
física. 
e) Síntese ou processamento, redes de bravais, estrutura e composição química. 
 
4. Leia o trecho abaixo e assinale a assinale com V (verdadeiro) ou F (falso): 
 
“Os primeiros seres humanos tiveram acesso a apenas um número muito limitado de 
materiais, aqueles que ocorrem naturalmente: pedra, madeira, argila, peles, e assim por 
diante. Com o tempo, eles descobriram técnicas para a produção de materiais que 
tinham propriedades superiores àquelas dos materiais naturais; esses novos materiais 
incluíam as cerâmicas e vários metais. Além disso, foi descoberto que as propriedades de 
um material podiam ser alteradas por meio de tratamentos térmicos e pela adição de 
outras substâncias. Naquela época, a utilização dos materiais era um processo 
totalmente seletivo que envolvia decidir, entre um conjunto específico e relativamente 
limitado de materiais, o que mais se adequava a uma dada aplicação em virtude das 
suas características.” 
(CALLISTER JR.; RETHWISCH, 2021, p. 02). 
 
(X) O trecho cita a evolução da idade da pedra para a idade do ferro. 
(X) A descoberta do fogo foi um grande diferencial para evolução do homem. 
(X) O homem já havia definido um conceito concreto sobre a ciências dos 
materiais nesse período. 
(X) O que era limitado não era a quantidade de materiais disponível, mas sim o 
conhecimento do homem sobre suas disponibilidade na natureza. 
 
a) V – F – F - F 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
20 
 
 
b) V – V – F - V 
c) F – V – F - F 
d) V – F – F – V 
e) V – V – F – V 
 
5. Sabe-se que a idade da pedra foi um período que marcou o início da evolução 
do homem, além da utilização da pedra como principal fonte de manufatura 
houveram também descobertas e evoluções em outros segmentos importantes 
para a história. A idade da pedra se divide em três principais períodos, são eles: 
 
a) Período da Pedra, Período do Fogo e Período da Caça. 
b) Período Paleolítico, Período do Fogo e Período da Pesca. 
c) Período Paleolítico, Período Mesolítico e Período Neolítico. 
d) Período Paleolítico, Período Mesolítico e Período da Agricultura. 
e) Período da Agricultura, Período da Caça e Período da Pesca. 
 
6. O Período Neolítico foi um grande marco na Idade da Pedra, pois através dos 
marcos nele ocorridos o homem pode evoluir como criatura, realizando novar 
atividades e estudando novos métodos de produção e de vida. Com base na 
afirmação, assinale a alternativa que contenha os principais marcos da era Neolí-
tica: 
 
a) Agricultura, Pecuária, Descobrimento do Fogo e Crescimento dos Povos. 
b) Agricultura, Pesca, Descobrimento do Fogo e Junção de tribos. 
c) Agricultura, Pecuária, Criação de Tribos e Crescimento dos Povos. 
d) Agricultura, Pesca, Construções de Casa e Saída das Cavernas. 
e) Agricultura, Reprodução, Descobrimento do Fogo e Crescimento dos Povos. 
 
7. Uma liga metálica é uma mistura de dois ou mais elementos caracterizando em 
um novo material, com propriedades de todos os elementos a ela adicionados. 
O bronze é uma liga metálica que fora muito utilizada na pré-história pelo 
homem, é composto principalmente de dois materiais, estes e suas proposições 
são respectivamente: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
21 
 
 
a) Cu 90% - Fe 10%. 
b) Cu 90% - Mn 10%. 
c) Cu 10% - Sn 90%. 
d) Cu 90% - Sn 10%. 
e) Cu 85% - Sn 10% - S 5%. 
 
8. A descoberta do ferro foi um passo gigantesco para a evolução das ligas 
metálicas, proporcionando a criação de diversas destas com diferentes 
propriedades. A partir desta descoberta o homem pode evoluir, finalmente 
deixando a Era da Pré-História para trás. Uma das ligas mais importantes da 
história foi sem dúvida o aço, este insumo descoberto no final da pré-história 
ainda é o principal material utilizado no século XXI. Sabendo-se que a 
composição do aço é principalmente Fe, C e outros/impurezas, assinale a 
quantidade aproximada de cada um destes elementos contidos nesta liga 
metálica 
 
a) 97% Outros/Impurezas, 2% Fe e 1% C. 
b) 95% Fe, 4% C e 1% Outros/Impurezas. 
c) 99% Fe, 2% C e 1% Outros/Impurezas. 
d) 97% Fe, 2% C e 1% Outros/Impurezas. 
e) 2% Fe, 98% C e 1% Outros/Impurezas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
22 
 
 
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS 
 
 
 
2.1 METAIS 
Com visto no conceito da ciência dos materiais, classificam os materiais de 
acordo com sua composição química. Dentro desta classificação, os materiais me-
tálicos são definidos como materiais sólidos que possuem uma grande quantidade 
de elétrons livres. Esta definição se dá através de estudos sobre as principais 
propriedades destes materiais. Os metais são bons condutores elétricos e térmicos 
devido à presença dos elétrons livres em sua estrutura, oferecem bons parâmetros 
de deformação física (ductilidade) e apresentam superfície opaca (apresentam 
brilho sepolidos), alguns exemplos são mostrados na Figura 2. 
 
Figura 2: Objetos Fabricados de Metais Comumente Utilizados Pelo Homem 
 
Fonte: Callister Jr. e Rethwisch (2021, p. 08) 
 
Sua aplicação geral na engenharia pode ser vista em construções industriais 
(galpões), residenciais e comerciais (prédios, arranha-céus), embalagens, 
ferramentas, veículos, implantes médicos, etc. Quanto à propriedades os metais 
possuem uma vasta gama, são versáteis e possuem diferentes tipos que podem ser 
exploradas na engenharia. 
Os metais puros são pouco empregados nas manufaturas e projetos, já que 
em sua composição única os metais configuram poucas propriedades. Todavia 
UNIDADE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
23 
 
 
existe a possibilidade de se combinar vários elementos formando uma liga metálica. 
Uma liga metálica é a junção de dois ou mais elementos, onde pelo menos um des-
tes seja um metal. A Tabela 1 apresenta uma lista das principais ligas metálicas 
utilizadas no mundo: 
 
Tabela 1: Principais Ligas e Composições Químicas 
Liga Composição Química 
Aço 
97% Fe + 2% C e 1% Outros (Impurezas ou outros 
elementos como Si, Mn, S e P) 
Aço Inoxidável Fe + C + Cr + Ni (% Varia conforme especificações) 
Ouro (18 quilates) 75% Au +13% Ag + 12% Cu 
Bronze 90% Cu + 10% Zn 
Latão 95-55% Cu + 45-5% Zn 
Fonte: Elaborado pela Autora (2021) 
 
 
Um exemplo clássico de liga metálica é sem dúvida o aço, esta liga é o 
insumo mais utilizado no mundo (SHACKELFORD, 2008). O ferro (Fe) sozinho não 
configura boa propriedades para aplicações reais, devido a sua alta fragilidade e 
alta oxidação. Desta forma adicionam-se quantidades consideráveis de carbono 
(C), Silício (Si), Enxofre (S), Fosforo (P), Manganês (Mn) e outros elementos para 
melhorar suas propriedades criando a liga metálica que se conhece por aço. 
“Classicamente, define-se aço como uma liga ferro-carbono com até cerca 
de 2% de carbono. Este limite é associado à máxima solubilidade do carbono no 
ferro com estrutura CFC” (COLPAERT, 2008, p. 10). A composição química de muitas 
ligas metálicas pode variar dependendo dos métodos de processamento, local ou 
outras circunstâncias, contudo existem valores limites tabelados para que uma liga 
seja classificada de acordo com os tipos existentes. Este limite se dá pela 
solubilidade da mistura em determinada configuração estrutural. 
“[...] existe uma concentração máxima de átomos de soluto que pode se 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
24 
 
 
dissolver no solvente para formar uma solução sólida; isso é chamado limite de 
solubilidade.” (CALLISTER JR.; RETHWISCH, 2021, p. 226). Esta solubilidade está dire-
tamente ligada às condições que envolvam o processo e a temperatura em que 
ele é executado. 
As ligas metálicas possuem duas principais ramificações, ligas ferrosas e não 
ferrosas. Para que uma liga seja classificada com ferrosa, é necessário que o Fe seja 
o principal elemento da mistura. Já a classificação não ferrosa se dá pelo inverso 
das ligas ferrosas, como um exemplo clássico destas ligas pode-se citar: ligas de 
alumínio, níquel, cobre, dentre outras. 
A rede de átomos de um material metálico é ordenada, bem dispostas ao 
longo de sua estrutura. Essa configuração permite ao material propriedades como: 
rigidez, resistência à fraturas e ductilidade. Além disso, como já explicitado, os 
elétrons livres dão ao material uma excelente condutibilidade (térmica e elétrica), 
por este motivo os metais são considerados condutores de eletricidade. 
 
2.2 POLÍMEROS 
Os materiais poliméricos, ou simplesmente polímeros podem ser 
caracterizados como hidrocarbonetos. Hidrocarbonetos são constituídos apenas de 
Carbono (C) e Hidrogênio (H), estes compostos são normalmente provindos do 
petróleo. A principal característica dos polímeros é sua massa molar elevada. Essa 
característica se dá pela presença de muitas unidades de repetição em sua 
estrutura. 
 
 
 
Estudiosos contestam sobre os polímeros serem materiais relativamente novos 
no mundo, pois existem indícios que comprovam o uso de polímeros já nos tempos 
antigos. Como por exemplo, um verniz oriundo de uma árvore Rhus vernicflua, que 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
25 
 
 
os chineses já utilizavam em 1000 a.C. Este verniz era utilizado como tinta para 
obtenção de características impermeáveis para móveis até meados de 1950 
(GORNI, 2003). Estes materiais são mais comuns no cotidiano das pessoas do que 
elas imaginam, a Figura 3 demonstra alguns objetos simples confeccionados a partir 
dos polímeros: 
 
Figura 3: Objetos Fabricados de Polímeros Comumente Utilizados Pelo Homem 
 
Fonte: Callister Jr. e Rethwisch (2021, p. 09) 
 
O nome “polímeros” é resultante da configuração estrutural deste material, 
sua estrutura é formada pelo agrupamento de unidades de repetição pequenas 
chamadas de monômeros. Por este motivo seu nome pode ser dividido em duas 
partes, Poli (Muitos) + Meros (Parte). Para a confecção de um polímero se usa um 
processo denominado polimerização, uma reação química capaz de combinar 
vários monômeros (SHACKELFORD, 2008). 
Este material possui baixa condutibilidade, ou seja, é um bom isolante térmico 
e elétrico, são leves se comparados aos outros materiais, porém possuem baixa re-
sistência mecânica. Os polímeros no geral são materiais bastante flexíveis e 
possuem uma densidade baixa. Este material possui classificações de acordo com: 
ao número de monômeros, a natureza, processamento e comportamento 
mecânico (BILLMEYER JR., 1984). 
Ao se tratar do número de monômeros, os polímeros podem ser classificados 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
26 
 
 
como homopolímero ou copolímero. Homopolímero é o material proveniente de um 
único tipo de monômero, ou seja, a sua rede de repetição contém apenas um 
monômero desde a polimerização até a concepção do material. Já o copolímero 
é o material que possui dois ou mais tipos de monômeros em sua composição. 
Em relação à natureza dos polímeros, podemos citar os naturais ou sintéticos, 
sendo os naturais aqueles encontrados na natureza, como o caso da borracha, 
amido, celulose, glicogênio, etc. Os polímeros sintéticos são aqueles concebidos 
através de laboratório, normalmente utilizam como base produtos derivados do 
petróleo, podem-se citar exemplos: acrílico, PVC (policroreto de vinila), 
polipropileno, polietileno, etc. 
A classificação de acordo com o método de processamento pode ser: 
adição, condensação ou rearranjo. Os polímeros de adição são aqueles resultantes 
da adição repetitiva de monômeros. Os polímeros de condensação são aqueles 
resultantes da adição de monômeros diferentes, com a remoção de uma molécula 
de ácido, álcool ou água na polimerização. Os polímeros de rearranjo, como seu 
próprio nome sugere, são os polímeros resultantes do rearranjo das estruturas 
químicas na polimerização. 
Em se tratando de comportamento mecânico os polímeros podem ser 
borrachas (elastômeros) ou plásticos. As borrachas possuem classificação natural ou 
sintética, ou seja, podem ser encontrados na natureza ou sintetizados em 
laboratório à base de petróleo, sua principal característica é a elasticidade, este 
tipo de polímero pode receber grandes quantidades de deformação retornando 
ao seu formato inicial. Já os plásticos são oriundos da soma de diversos monômeros, 
utilizando o petróleo como o principal insumo, estes polímeros podem ser termofixos 
ou termoplásticos. 
Os polímeros termofixos são aqueles que quando expostos a altas 
temperaturas, torna-se rígidos e esta condição é irreversível, não sendo possível 
recicla-los depois. Este comportamento se dá principalmente pela força da ligação 
em sua estrutura, pois este material possui ligações primárias. 
Já os termoplásticos apresentam comportamento inverso, com o aumento 
de temperatura eles se tornam mais flexíveis, podendo ser moldados e reciclados. 
Esta característica também é consequência do tipo de ligação químicaque este 
material possui, neste caso as ligações são secundárias e fraca entre cadeias, uma 
das ligações que este material apresenta é a ligação de Van der Waals. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
27 
 
 
 
 
 
 
 
2.3 CERÂMICOS 
Os materiais cerâmicos são materiais sólidos, cristalinos e inorgânicos. Como 
estudado, o uso deste material não é tão recente pelo homem, já que desde a 
descoberta do fogo no período Neolítico a espécie homo sapiens vêm utilizando 
cerâmicas em suas atividades cotidianas. Estima-se que este uso passe dos 15 mil 
anos de existência. 
O termo cerâmica é derivado da palavra grega “kéramos”, que traduzida 
para a língua portuguesa significa “terra queimada”. Os gregos deram este nome 
ao material devido o método de obtenção dele, onde as cerâmicas eram confor-
madas, moldadas conforme solicitação e posteriormente levadas ao fogo para 
adquirirem propriedades desejadas da aplicação deste material. 
Existem dois principais fatores que limitam o uso dos polímeros em massa, o primeiro deles 
está relacionado à matéria prima deste material que configura em sua maioria como 
fontes não renováveis. Outro fator crucial na utilização dos polímeros está relacionado 
ao descarte destes materiais, principalmente pela falta de informação dos usuários finais. 
Em um destes impasses a empresa “ABC” fabricante de embalagens de produtos deseja 
aperfeiçoar seu processo, por estar sendo fiscalizada pelo órgão ambiental devido à 
grande produção de resíduos sólidos em seu processo e também no pós-venda do 
produto. A empresa está fazendo um estudo para substituir a matéria prima de sua 
produção para um polímero que permita a reciclagem e seja menos prejudicial ao meio 
ambiente. Com os conhecimentos adquiridos ao longo do capítulo, qual ou quais seriam 
os melhores meios de mitigar os problemas causados pela utilização da matéria-prima 
atual?
 
 
 
 
 
 
 
 
 
28 
 
 
Sua composição química é dada na maior parte do tempo por argila, e esta 
é compota por hidróxidos de alumínio que são ligados a óxidos de silício através de 
ligações fortes. Todavia para que o material apresente as propriedades desejadas 
após a queima, se adicionam sílica, feldspato, caulim, talco, amianto, volatonita, 
silimanita e outros. 
 
 
 
A princípio, quando se observa um material cerâmico (Figura 4) é possível 
que se tomem conclusões precipitadas sobre suas propriedades, vendo-as como 
materiais frágeis e sem durabilidade. Este pré-conceito antes de estudar o material 
é resultado do cotidiano do ser humano, uma vez que ao lançar uma cerâmica ao 
solo ou desferir golpes sobre ela, a mesma se lasca, trinca ou quebra (ASHBY; 
JONES, 2007). 
 
Figura 4: Objetos Fabricados de Cerâmica Comumente Utilizados Pelo Homem 
 
Fonte: Callister Jr. e Rethwisch (2021, p. 09) 
 
Contudo, os materiais cerâmicos possuem elevada resistência mecânica e 
O vidro inorgânico também faz parte da família dos materiais cerâmicos, sua 
composição química mais comumente vista pode chegar até 70% de sílica somando-se 
a nitretos e óxidos. Os vidros possuem todas as propriedades dos materiais cerâmicos, sua 
única diferença está ligada ao seu arranjo atômico, sendo este regular, o que configura 
a este material a característica transparente e não amorfo como as outras cerâmicas.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
29 
 
 
dureza, estas propriedades não costumam ser alteradas quando o material é 
elevado à altas temperaturas. Assim como os polímeros, os cerâmicos são péssimos 
condutores de energia, fazendo com que sejam classificados como materiais isolan-
tes. 
Uma característica crucial deste material é a capacidade de armazenar 
calor por longos períodos, esta característica é chamada de refratária. Os materiais 
cerâmicos são refratários e por isso são utilizados em diversos processos onde existe 
a necessidade de manter o calor em determinado ambiente ou processo. 
A aplicação mais comum para este tipo de material é sem dúvida como 
refratários em equipamentos e processos industriais, como fornos, turbinas e salas 
pós tratamento térmico. Um exemplo clássico da aplicação da cerâmica como 
refratário são os revestimentos internos nos altos fornos, equipamento utilizado em 
indústrias siderúrgicas para a transformação do minério de ferro em aço. 
 
 
 
Outras aplicações dos materiais cerâmicos são: utensílios domésticos no dia a 
dia das pessoas, tijolos, vasos sanitários, telhas, pias e lavabos, azulejos, pisos, 
pastilhas de freio automotivo, etc. Este material também pode ser encontrado 
como materiais aditivos na produção de tintas, pneus, plásticos, outros. 
As características dos materiais cerâmicos estão principalmente ligadas a 
estabilidade química do material, uma vez que ela é resultante das ligações 
químicas presente neles que são principalmente: iônica e covalente. Estas ligações 
são de acordo com Callister Jr. e Rethwisch (2021) as mais fortes que existem na 
natureza. 
A fragilidade dos materiais cerâmicos é outra característica bem peculiar, 
uma vez que mesmo possuindo as ligações químicas mais fortes da natureza elas 
ainda torna-se quebradiças se expostas a esforços mecânicos bruscos. Esta 
característica é resultante de defeitos alocados à estrutura do material (contorno 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
30 
 
 
de grãos, micro trincas, porosidade, etc), que geram muitas tensões internas em sua 
estrutura. 
 
2.4 COMPÓSITOS 
Materiais compósitos são aqueles obtidos através da mistura de dois ou mais 
materiais diferentes. Em suma, a fabricação deste tipo de material tem como prin-
cipal objetivo a criação de um novo material com propriedades já existentes em 
outros já conhecidos. Isso porque muitas vezes os processos de fabricação e os 
tratamentos não são suficientes para agregar a um tipo de material uma 
propriedade específica. 
A fabricação de um material compósito normalmente é dada através da 
escolha de um material base que recebe o nome de matriz e um material de 
adição que pode ser denominado fase. Um exemplo clássico deste tipo de material 
é a fibra de vidro, que tem como material base um insumo caracterizado como 
polimérico e uma fase dispersa caracterizada como cerâmica (vidro). 
Os materiais compósitos são subdivididos em três grupos, compósitos 
reforçados com partículas, reforçados com fibras e estruturais. A principal diferença 
entre esta subdivisão está relacionada ao comportamento das matrizes e fases. 
Cada subdivisão se comporta de uma maneira para atender certo tipo de 
solicitação na aplicação do material. Esta subdivisão pode ser melhor 
compreendida a partir do Quadro 1: 
 
Quadro 1: Classificação dos Compósitos 
Compósito Tipo de Matiz Fase Exemplo 
Partículas Única Dispersa Concreto 
Fibrosos Única Fibras Fibra de Vidro 
Estruturais 2 ou mais - Fuselagem de Aeronave 
Fonte: Elaborado pela Autora (2021) 
 
Como visto, os compósitos reforçados por fase particulada possuem uma 
única matriz, e as fases são posicionadas de forma dispersa em meio a matriz. Um 
exemplo deste tipo é o concreto onde o cimento é a matriz e as fases são areia, 
britas e outros. Já os compósitos por reforços fibrosos também possuem uma única 
matriz, com a diferença de que suas fases são materiais fibrosos como é o caso das 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
31 
 
 
fibras de vidro, onde a resina (polímero) é a matriz e o vidro a fase. 
Já nos casos de compósitos estruturais não existe apenas uma matriz, sua 
concepção se dá através do empilhamento de matrizes diversas. Um exemplo clás-
sico e a fuselagem de aeronaves que são produzidas a partir de várias matrizes de 
carbono, formando uma espécie de sanduiche de carbono. 
O estudo e compreensão dos compósitos é importante para a ciências dos 
materiais porque possibilita a criação de algo novo. Através do conhecimento de 
propriedades de materiais distintos, se pode obter um material inovador e capaz de 
possuir agregar que não seriamadquiridas utilizando um único material. 
Estes materiais são amplamente utilizados na construção civil, plantas de 
energia como hidrelétricas e centrais térmica, siderúrgicas, fábricas automotivas, 
medicina, comunicação (antenas), artigos de esporte e lazer, plataformas off-shore 
para extração de petróleo e diversas áreas do mundo inteiro. 
 
2.5 SEMICONDUTORES E BIOMATERIAIS 
A ciência evolui a cada dia, assim como a evolução do homem desde a era 
antiga até as descobertas da era moderna. Com os materiais isso não é diferente, 
ao longo das eras os materiais são estudados pelo homem a fim de novas 
tecnologias serem inseridas no mundo como fonte de otimização para as 
operações de engenharia, medicina, ciências e outras. Dentro das inovações dos 
materiais, citam-se os semicondutores e os biomateriais. 
Os materiais Semicondutores são materiais com propriedades elétricas entre 
metal e cerâmica, eles encontram-se em um meio termo entre a capacidade de 
conduzir eletricidade de um metal, mas possuem também a capacidade de 
armazenar energia como as cerâmicas. Estes materiais podem ser compostos de 
silício, gálio, zinco, germânio, cádmio e outras adições (SHACKELFORD, 2012). 
Os semicondutores são fabricados como monocristais devido à alta 
sensibilidade deles. O processo de fabricação destes materiais precisa ser bastante 
minucioso, pois são materiais muito sensíveis e com isso a tolerância de impurezas 
na composição química é mínima. Estes materiais precisam estar puros, pois níveis 
elevados de impurezas afetam diretamente sua propriedade (condutibilidade). 
Em determinados casos a condutibilidade elétrica dos semicondutores 
podem ser controladas. Adicionando-se impurezas aumenta a capacidade de 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
32 
 
 
conduzir do material, da mesma forma que eliminando impurezas diminui sua 
condutibilidade. Esta prática é normalmente utilizada para a produção de 
componentes eletrônicos utilizados para a fabricação de circuitos elétricos. 
Existem duas classificações para este material: intrínseca e extrínseca. Quan-
do a propriedade deste material depende principalmente do metal (puro), 
chama-se de intrínseco. Já no caso da extrínseca, a condutibilidade depende 
principalmente do controle de impurezas do material (VAN VLACK, 1973). 
A criação dos semicondutores foi um marco para a indústria de eletrônicos. 
Este material é o principal insumo utilizado na produção de componentes como: 
transistores, diodos, chips, microprocessadores e demais componentes tecnológicos 
avançados. 
Outra grande evolução dos materiais foi a descoberta dos biomateriais, isso 
revolucionou a medicina em todos os aspectos. Estes materiais são utilizados na 
medicina, inseridos no corpo humano a fim de resolver algum problemas de saúde, 
substituir partes faltantes, compor mecanismos para promover um bom 
funcionamento do corpo hospedeiro. 
Como os biomateriais são utilizados internamente no corpo humano, 
precisam ser materiais estéreis, ou seja, não tóxicos e ao mesmo tempo, que não 
reajam ou interajam com o corpo hospedeiro. Dessa forma, utiliza-se qualquer 
classe de materiais para sua construção, desde que se respeite a capacidade de 
ser inerte ao corpo humano. 
Existem várias áreas da medicina que já utilizam os biomateriais, como por 
exemplo: cardiologia, odontologia, oftalmologia e ortopedia. Na área de 
cardiologia os biomateriais são utilizados na forma de componentes para o sistema 
vascular e circulatório. Na odontologia são utilizados em próteses dentárias, 
implantes e restaurações de anomalias. Na área da oftalmologia estes materiais são 
empregados em lentes e até olhos artificiais para selagem da cavidade ocular. 
Já na ortopedia os biomateriais aparecem com mais frequência, são 
utilizados para a substituição de diversas articulações e até mesmo ossos, como 
implantes em joelhos, cotovelo, ombro, quadris e outros locais onde se exista a 
possibilidade de substituição. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
33 
 
 
 
 
As novas tecnologias e os novos estudos acerca dos materiais proporcionam 
uma linha quase infinita de emprego dos insumos existentes na natureza. Através do 
estudo e compreensão das propriedades pode-se chegar à conclusão de que o 
conhecimento dos materiais é importante não só para profissionais da área de en-
genharia, medicina, construção ou alimentícia, mas para profissionais de todas as 
áreas do conhecimento. 
Cada material possui sua aplicação e se empregado de forma incorreta 
podem haver consequências severas, principalmente em se tratando de 
aplicações mais delicadas como os biomateriais. Todavia é necessário para o 
engenheiro conhecer a classificação e subdivisão básica dos materiais disponíveis 
para uso. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
34 
 
 
FIXANDO CONTEÚDO 
1. A principal característica dos metais é a presença de elétrons livres em sua estru-
tura. Os elétrons livres caracterizam-se por elétrons que não possuem ligação 
com nenhum átomo presente na estrutura, ou seja, se movimentam livremente 
pela rede estrutural em que estão. Esta condição configura ao material metálico 
duas principais características, são elas: 
 
a) Conduz eletricidade, calor e torna-o dúctil. 
b) Ductilidade e dureza. 
c) Boa condutibilidade térmica e ótica. 
d) Boa condutibilidade térmica e elétrica. 
e) Magnetismo e resistência. 
 
2. Ligas metálicas são a junção de dois ou mais elementos, dos quais ao menos um 
precisar ser classificado como metal. As ligas metálicas são usuais pela absorção 
das propriedades de todos os elementos utilizados em um único material. Dessa 
forma as ligas metálicas podem ser classificadas em dois principais tipos, as ligas 
ferrosas e não ferrosas. Ligas ferrosas são aquelas que possuem como principal 
componente o ferro, já as não ferrosas possuem outros componentes como 
elementos principais da mistura. De acordo com a literatura são exemplos de 
ligas não ferrosas: 
 
a) Alumínio, Níquel e Cobre. 
b) Aço, Alumínio e Níquel. 
c) Alumínio, Níquel e Aço. 
d) Aço, Alumínio e Bronze. 
e) Alumínio, Bronze e Cobre. 
 
3. Os polímeros são basicamente formados por moléculas de Carbono (C) e 
Hidrogênio (H), sendo em sua maioria resultados de processos químicos utilizando 
com base o petróleo. Uma das principais características deste material é a massa 
molar elevada, isso devido a presença de milhares de unidades de repetição em 
sua estrutura. Normalmente os polímeros são subdivididos e classificados de 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
35 
 
 
acordo com: 
 
a) Quantidade de monômeros, temperatura, tipo de processamento, dureza, resis-
tência mecânica. 
b) Propriedades químicas, métodos de processamento, quantidade de monômeros 
e temperatura. 
c) Termofixos, quantidade de monômeros, sintéticos e termoplásticos. 
d) Resistência mecânica, tipo de processamento, quantidade de meros e 
temperatura. 
e) Quantidade de monômeros, natureza, tipo de processamento e comportamento 
mecânico. 
 
4. Classificando os polímeros quanto ao comportamento mecânico se pode 
subdividi-los em elastômeros e plásticos. Os polímeros plásticos são oriundos da 
soma de diversos monômeros e podem ser termofixos ou termoplásticos. Leia as 
sentenças abaixo e depois assinale a alternativa correta: 
 
I. Os polímeros plásticos são produzidos a partir do petróleo. 
II. Os polímeros termofixos são aqueles que torna-se maleáveis em elevadas 
temperaturas, sendo possível sua reciclagem. 
III. Os polímeros termoplásticos são aqueles que torna-se maleáveis em elevadas 
temperaturas, sendo possível sua reciclagem. 
IV. Os polímeros termofixos são aqueles que torna-se rígidos em elevadas 
temperaturas, não sendo possível sua reciclagem. 
 
a) As alternativas I, II e III estão corretas. 
b) As alternativas III e IV estão incorretas. 
c) Somente a alternativa II está incorreta. 
d) I, II, III e IV estão corretas. 
e) Todas as alternativasestão erradas. 
 
5. De acordo com os estudos desenvolvidos sobre os materiais cerâmicos, leia as 
afirmações abaixo e assinale com V para verdadeiro e F para falso: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
36 
 
 
(X) As cerâmicas possuem alta capacidade de condução de energia, por este 
motivo são empregadas em transformadores elétricos para otimizar a distri-
buição de energia elétrica. 
(X) As ligações químicas mais comuns nos materiais cerâmicos são as iônicas e as 
de Van der Waals. 
(X) As cerâmicas possuem ótima resistência a intempéries ambientais, não sendo 
afetadas por processos de oxidação, inchamento ou dissolução e pelos raios 
ultravioletas provenientes do sol. 
(X) Os materiais cerâmicos são considerados sólidos cristalinos e inorgânicos. 
(X) Os materiais refratários utilizados em altos fornos industriais são 
confeccionados de materiais cerâmicos, isso porque este material possui 
baixo coeficiente de condutibilidade térmica fazendo com que se tornem 
ótimos isolantes. 
 
a) F – F – V – F - V. 
b) F – F – V – V – V. 
c) F – V – F – F - F. 
d) V – F – V – V - V. 
e) F – F – V – V - V. 
 
6. As características físicas dos materiais cerâmicos são consequência das ligações 
químicas que ocorrem neles, as ligações iônica e covalente atribuem a este 
material uma estabilidade química. Todavia as cerâmicas ainda apresentam 
fragilidade ao serem expostas à esforços bruscos, como é o caso de quedas ou 
esforços de tração e compressão. Assinale a alternativa que justifique a 
fragilidade dos materiais cerâmicos: 
 
a) Os materiais cerâmicos tornam-se mais frágeis devido a sua composição ser a 
base de argila. 
b) O aquecimento da cerâmica após sua confecção a deixa com tensões internas, 
fazendo com que estas sejam propagadas em contato com tensões internas 
levando o material à fratura. 
c) Os materiais cerâmicos possuem em sua estrutura defeitos como porosidades, 
micro trincas, contornos de grão, dentre outros. Esta condição faz com que eles 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
37 
 
 
sofram tensões internas que em contato com tensões externas se propagam o le-
vando à fratura. 
d) Como a argila é hidratada, a água presente na estrutura do material cerâmico 
se evapora quando ele é cozido, fazendo com que formem-se trincas de 
hidrogênio na estrutura do material, estas trincas se propagam por todo o 
material, ao entrarem em contato com esforços externos estas trincas fazem com 
que o material se quebre. 
e) N.D.A. 
 
7. A finalidade de se produzir materiais compósitos é a agregação de várias 
propriedades de materiais diferentes em um só. Um exemplo bem clássico é a 
utilização de concreto na construção civil, onde o cimento, areia e a brita 
proporcionam melhores propriedades. Estes materiais são classificados em três 
principais tipos, tendo em vista esta classificação relacione a primeira coluna 
conforme a segunda: 
 
1 – Reforçados com Partículas (X) São os compósitos onde várias matrizes são 
empilhadas umas sobre as outras formando 
um único material. 
2 – Reforçado com Fibras (X) O concreto é um exemplo deste tipo de 
compósito. 
3 - Estruturais (X) São os compósitos onde as fases encontra-
se dispersas na matriz, de forma 
desordenada. 
 (X) As fibras de vidro e carbono são exemplos 
deste compósito; 
 (X) São os compósitos onde as fazes encontra-
se na forma de fibras na matriz, 
normalmente empilhadas e ordenadas em 
camadas. 
 (X) Fuselagem de aeronave é um exemplo 
deste tipo de compósito. 
 
a) 2 – 3 – 1 – 2 – 3 - 1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
38 
 
 
b) 2 – 2 – 1 – 3 – 2 - 2. 
c) 3 – 1 – 1 – 2 – 2 - 3. 
d) 3 – 1 – 1 – 3 – 2 - 2. 
e) 3 – 1 – 2 – 1 – 2 - 1. 
 
8. Dentre as novas descobertas da ciência, os materiais semicondutores são am-
plamente utilizados em construção de circuitos eletroeletrônicos. Como por 
exemplo, transistores, diodos, chips, microprocessadores e demais componentes 
tecnológicos avançados. Entretanto existem duas formas de alterar a 
condutibilidade destes materiais, adicionando ou eliminando impurezas ou 
trabalhando a pureza do material. Leia as afirmações abaixo e assinale a 
alternativa correta: 
 
Condutibilidade extrínseca é quando a condutibilidade do semicondutor 
depende controle de impurezas do material. 
PORQUE 
Quando adicionamos impurezas ao material semicondutor, aumentamos a 
condutibilidade deste material, da mesma forma que eliminando impurezas esta 
ela diminui. 
a) As duas sentenças são falsas. 
b) Ambas as sentenças são verdadeiras e a segunda complementa a primeira. 
c) A primeira sentença é falsa e a segunda é verdadeira. 
d) Ambas as sentenças são verdadeiras e a segunda não complementa a primeira. 
e) A primeira sentença é verdadeira e a segunda é falsa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
39 
 
 
ESTRUTURA ATÔMICA E LIGAÇÃO 
INTERATÔMICA 
 
 
3.1 ESTRUTURA ATÔMICA DOS MATERIAIS 
Em poucas palavras, estrutura atômica é o modo com que as partículas que 
compõem um átomo são ordenadas. Sabe-se que um átomo possui três partículas 
que são os elétrons, prótons e nêutrons. Os átomos são a base da composição de 
toda a matéria presente no mundo, através do estudo do seu comportamento nas 
diversas estruturas, pode-se explicar algumas características físico-químicas de di-
versos materiais. 
As partículas de um átomo possuem cargas, elas variam positiva e 
negativamente conforme a grandeza de 1,6 ∙ 10 C (Coulomb). Os elétrons 
contidos possuem carga negativa (-), os prótons são carregados positivamente (+) e 
os nêutrons são as partículas que não possuem carga, ou seja, são nulos em 
energia. Conforme Callister Jr. e Rethwisch (2021) um átomo possui massa muito 
pequena, onde prótons e nêutrons possuem 1,6 ∙ 10 kg e elétrons chegando a 
9,11 ∙ 10 kg. 
Para compreender a estrutura atômica dos materiais, é necessário primeiro 
compreender as especificações dos elementos químicos presentes na natureza. Isso 
porque toda a matéria composta na terra é resultante da ordenação de átomos 
em determinada configuração. 
Um átomo é classificado pela contagem de seu número atômico, esta 
grandeza recebe o a denominação (Z). Esta grandeza contabiliza quantos prótons 
estão contidos no núcleo de um determinado átomo. Como por exemplo o 
carbono (C) que possui seu Z = 6, o que significa que ele possui 6 prótons em seu 
núcleo (SANTOS; MOL, 2013). Este número pode ser observado na tabela periódica, 
na parte superior esquerda como demonstrado na Figura 5: 
 
 
 
 
 
UNIDADE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
40 
 
 
Figura 5: Carbono na Tabela Periódica 
 
Fonte: International Union of Pure 
and Applied Chemistry (2021, online) 
 
Outra grandeza estudada é denominada pela soma das respectivas do nú-
mero de prótons e nêutrons como expressa a equação (1), recebendo o nome de 
número de massa atômica ela é representada por (A). 
 
 A = P + N (1)
 
Um exemplo clássico é o cloro (Cl) com seu A = 35 sendo a soma de 17 
prótons com os 18 nêutrons compostos em seu núcleo. Partindo deste conceito, não 
se deve confundir o número de massa atômica com a massa atômica, pois mesmo 
que o número de prótons dos elementos de um determinado átomo seja igual, os 
nêutrons podem variar, estes então recebem a denominação isótopos. 
 
 
 
 
 
Nesse caso, a massa atômica dos elementos que compõem o átomo é 
calculada através da média ponderada dos isótopos. Para determinar este padrão, 
Isótopos são os átomos compostos de um único elemento químico que possui um 
número igual em quantidade de prótons (+), mas é diferente em massa atômica (A). Este 
fenômeno acontece devido o número de neutros diferente no núcleo.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
41 
 
 
utilizou-se o carbono (C), pois este se trata do elemento mais abundante na nature-
za. Através do cálculo, definiu-se que 1 UMA (Unidade de massa atômica), é 1/12 
da massa total do C (FONSECA, 2013). 
Segundo Callister Jr. e Rethwisch (2021) a massa atômica (A)de um 
determinado elemento é especificada em UMA/átomos ou simplesmente mol. Mol 
é a unidade de medição utilizada pela química para contabilizar a matéria 
microscópica presente em um determinado átomo ou molécula. 
 
 
 
 
 
 
Visto a necessidade do cálculo de massa atômica e sua importância para a química e a 
ciência dos materiais, se tem a seguinte situação: O Neônio (Ne) está presente na 
natureza na forma dos seguintes isótopos (𝑁𝑒 , 90,92% na natureza e 20,00 de massa 
atômica | 𝑁𝑒 , 0,26% na natureza e 21,00 de massa atômica | 𝑁𝑒 , 8,82% na natureza 
e 22,00 de massa atômica). Para calcular sua massa atômica realiza-se a média 
ponderada dos seus isótopos, 
𝑀𝐴 = 
𝑛° 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 ∗ % + 𝑛° 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 ∗ % + 𝑛° 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 ∗ %
100
 
Substituindo os valores dados na fórmula, observa a seguinte configuração: 
𝑀𝐴 = 
(20,00 ∗ 90,92) + (21,00 ∗ 0,26) + (22,00 ∗ 8,82)
100
 
Através da resolução da equação a massa atômica será de?
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
42 
 
 
3.1.1 Os Modelos Atômicos da Química 
Com o passar das eras notou-se que a mecânica clássica já não era o sufici-
ente para descrever certos fenômenos ou comportamento dos sólidos devido a 
presença dos elétrons. A mecânica quântica foi desenvolvida com o propósito de 
compreender o comportamento das cargas negativas presentes nos átomos e nos 
sólidos cristalinos. 
O modelo atômico de Bohr foi o primeiro existente a utilizar os recursos da 
mecânica quântica para estudar estes fenômenos. Este modelo descrevia um 
comportamento dos eletros conforme a Figura 6. Os elétrons orbitam em rotas bem 
definidas ao redor do núcleo do átomo. Era um modelo simples e concreto. 
 
Figura 6: Modelo Atômico de Bohr 
 
Fonte: Callister Jr. e Rethwisch (2021, p. 20) 
 
Neste modelo Borh descrevia a energia presente elétrons como quantizadas, 
onde cabia a estas partículas quantidades específicas de energia. Sua energia é 
mutável desde que ele realize um salto quântico para maior (absorção) ou menor 
(emissão) de energia. Porém este modelo de Bohr não satisfazia condições especí-
ficas na mecânica quântica, onde os elétrons não possuem variação contínua, mas 
sim uma quantidade de energia finita. 
Um dos métodos encontrados para a solução de diversos impasses com este 
modelo, foi a criação de um modelo chamado mecânico ondulatório. Neste 
modelo os elétrons são caracterizados tanto como ondas ou partículas, portanto 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
43 
 
 
não se movem em orbitais ao redor do núcleo, mas sim podem aparecer em 
qualquer posição em seu interior, assim nasceu o conceito de nuvem de elétrons. 
 
3.1.2 Caracterização de Elétrons – Números Quânticos 
Os números quânticos são os quatro parâmetros que a química utiliza para 
caracterizar os elétrons. Eles são nomeados da seguinte forma: 
 
 Número quântico principal – n 
 Número quântico secundário – l 
 Número quântico magnético – mt 
 Número quântico Spin – s 
 
A classificação de elétrons é a divisão segundo os níveis eletrônicos 
classificados por Bohr, que estão organizados em camadas e subcamadas. As 
camadas (número quântico principal) são definidas por letras maiúsculas: K, L, M, N, 
O, P e Q. Já as subcamadas (número quântico secundário) são nomeadas por 
letras minúsculas: s, p, d e f estas subcamadas comportam 2, 6, 10 e 14 elétrons 
respectivamente, como esquematizado no Diagrama de Pauling na Figura 7. 
 
Figura 7: Diagrama de Pauling 
 
Fonte: Elaborado pela Autora (2021) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
44 
 
 
O “mt” é o responsável por definir quantos estados uma subcamada pode 
ter, onde “s” tem único estado, “p” três estados “d” cinco estados e “f” sete 
estados. Já o spin é diretamente relacionado com o momento de spin (sentido de 
rotação) que pode ser positivo ou negativo (1/2 | -1/2), este momento cria campos 
magnéticos gerando forças que podem se atrair ou repelir (FONSECA, 2013). 
 
3.1.3 Configuração Eletrônica 
Através da compreensão dos números quânticos é possível realizar estudos 
sobre a configuração eletrônica dos átomos. A configuração eletrônica estuda a 
disposição de elétrons na eletrosfera do átomo em sua configuração fundamental. 
A configuração ou estado fundamental de um determinado átomo é dada pela 
disposição dos elétrons em seu menor nível de energia, que pode ser chamado 
também de estado estacionário do átomo. 
Com base nos modelos atômicos de Bohr e Rutherford a química pode estu-
dar e aperfeiçoar os conceitos de distribuição eletrônica. Isso devido ao 
experimento da luz feito por Bohr, comprovando a disposição dos elétrons em níveis 
de energia quando estacionados. Estes níveis de energia puderam ser descritos 
através do número quântico principal (n), variando entre 1 e 7 (K, L, M, N, O, P, Q) 
na órbita nuclear do átomo, como visto na Figura 8: 
 
Figura 8: Número Quântico Principal Esquematizado na Órbita Do Átomo 
 
Fonte: Elaborado pela Autora (2021) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
45 
 
 
Cada uma das camadas definidas pelo “n” recebe uma quantidade 
máxima de elétrons, esta informação está apresentada na Tabela 2: 
 
Tabela 2: Quantidade Máxima de Elétrons por Camada 
Nível (n) 1 2 3 4 5 6 7 
Camada K L M N O P Q 
Qtd. Elétrons 2 8 18 32 32 18 2 
Fonte: Elaborado pela Autora (2021) 
 
Através destes conhecimentos, qualquer elemento da tabela periódica pode 
ser distribuído utilizando estas camadas. Como exemplo de distribuições eletrônicas 
pode-se acompanhar a Tabela 3: 
 
Tabela 3: Exemplos de Distribuições Eletrônicas de Alguns Elementos 
Elemento K L M N O P Q 
Hidrogênio – H1 1 - - - - - - 
Carbono – C6 2 4 - - - - - 
Cálcio – Ca20 2 8 8 2 - - - 
Fonte: Elaborado pela Autora (2021) 
 
Contudo o modelo de Bohr não satisfazia a necessidade da distribuição de 
elétrons nos subníveis de energia da nuvem de elétrons. Desta forma Linus Pauling 
aperfeiçoou a distribuição eletrônica criada por Erwin Madelung, para explicitar a 
ordem dos elétrons dentro das orbitais. O diagrama de Linus Pauling (Figura 7), é a 
forma de descrever a distribuição dos elétrons na eletrosfera, seu conceito é que 
para os níveis de energia de 1 a 7 existem subníveis (s, p, d, f) ligados às órbitas do 
núcleo. Os orbitais possuem quantidade máxima de elétrons que eles podem com-
portar, estes números podem ser vistos na Tabela 4: 
 
Tabela 4: Quantidade Máxima de Elétrons por Subcamada 
Subnível (i) s p d f 
Orbitais por (i) 1 3 5 7 
Qtd. Elétrons 2 6 10 14 
Fonte: Elaborado pela Autora (2021) 
 
Ao observar o diagrama de Pauling, nota-se a conotação com três principais 
elementos, 1s2 onde: 
 
 1 – Camada / Nível 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
46 
 
 
 s – Subnível 
 2 – Número máximo de elétrons comportados 
 
Observa-se na Figura 9 a distribuição eletrônica do Gálio: 
 Gálio - Ga 
 Z = 31 
 Distribuição - 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4s2 4p1 
 
Figura 9: Distribuição Eletrônica do Gálio (Ga) 
 
Fonte: Elaborado pela Autora (2021) 
 
Como visto, o número atômico (Z) do Gálio é distribuído conforme a capaci-
dade máxima de cada subnível, respeitando a ordem na diagonal, finalizando em 
uma extremidade da seta e iniciando em outra. A regra da diagonal é simples, 
cada seta termina na extremidade da outra. Sendo a ordem correta do diagrama: 
1s2 - 2s2 - 2p6 - 3s2 - 3p6 - 4s2 - 3d10 – 4p6 - 5s2 - 4d10 - 5p6 - 6s2 - 4f14 - 5d10 - 6p6 - 7s2 - 5f14 - 
6d10 - 7p6. 
Dessa forma o último subnível que é preenchido é o 4p¹, como ele possui 
espaço para 6 elétrons comporta o 31° do elemento finalizando a distribuição. O 
último subnível da distribuição é chamado de camada de valência. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
47 
 
 
3.2 LIGAÇÕES INTERATÔMICA DOS MATERIAIS 
Grande parte das propriedades dos materiais podem ser explicadas levando 
em consideração as ligações interatômicas dos átomos em sua composição. 
Quanto mais distantes, menor é a força interatômica de ligação, mas