quimica geral e ciencia dos materiais- material -FMU

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Química Geral e Ciências dos Materiais - U2.pdf
A humanidade vem trabalhando com ligas metálicas e outros tipos de metais
há milhares de anos e, com o passar do tempo, houve um signi�cativo
desenvolvimento tecnológico a partir da descoberta de novas técnicas de
tratamento dessas ligas metálicas. A primeira Revolução Industrial, que
ocorreu por volta de 1750, foi a grande prova desse desenvolvimento, uma
vez que coincidiu com o domínio da técnica de fundição de algumas ligas e
ferros. No entanto, muito antes desse evento, por volta de 900 a.C., no Japão
já se produziam espadas que, posteriormente, �caram famosas, conhecidas
como "espadas samurais".
Entre os processos desenvolvidos na época, destaca-se a "têmpera", que
consiste na obtenção de uma microestrutura capaz de proporcionar um
signi�cativo aumento da dureza e da resistência mecânica dos materiais. Esse
processo consiste em aquecer a peça até atingir a temperatura de
austenitização e, em seguida, submetê-la a um resfriamento brusco,
proporcionando um aumento da dureza do material. Entretanto, durante o
processo de resfriamento, ocorrem transformações na estrutura do material,
que podem promover o surgimento de tensões residuais internas. Vale
ressaltar que, sempre após a "têmpera", é necessário realizar o revenimento,
de forma a transformar a martensita em martensita revenida.
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS METAISPROPRIEDADES MECÂNICAS DOS METAIS
Referências
CALLISTER Jr., W. D. Fundamentos da ciência e engenharia de materiais . 7.
ed. Rio de Janeiro: LTC, 2006.
Vamos Praticar
O estudante deverá realizar uma pesquisa sobre a relação entre as
propriedades mecânicas das ligas metálicas utilizadas na fabricação de facas e
espadas.
Procedimento: explicar, de forma objetiva, a relação entre o processo
conhecido como conformação mecânica (encruamento) e a dureza �nal
desses materiais.
O aluno deverá fazer um relato da evolução histórica desse processo, cujo
início ocorreu há cerca de mil anos. Ao �nal, deverá disponibilizar seu
trabalho no fórum da seção.
Química e Ciências dos Materiais - u3.pdf
A degradação dos materiais é o resultado da sua interação com o ambiente.
Esta interação degrada, em maior ou menor intensidade , as propriedades do
material utilizado inclusive sua  aparência. Os mecanismos de degradação são
diferentes para os diferentes tipos de materiais. Nos metais ocorre a corrosão
eletroquímica, nos materiais cerâmicos, o mecanismo presente é a dissolução
química, e nos polímeros ocorre a degradação físico-química do material.
REAÇÕES QUÍMICASREAÇÕES QUÍMICAS
Referências
CALLISTER, William, D.; RETHWISCH, David, G. Ciência e engenharia de
materiais : uma introdução . 9. ed. Rio de Janeiro : LTC, 2018.
Vamos Praticar
Pesquise algum estudo em que foi identi�cado um mecanismo de corrosão,
bem como uma alternativa para minimizar este fenômeno. Com base neste
estudo, responda às seguintes questões:
Questão do estudo de caso
1. Apresente o processo de corrosão que foi avaliado na forma de um
infográ�co, trazendo as informações mais relevantes do estudo.
2. Foi identi�cada alguma  forma de minimizar o processo de corrosão?
Descreva qual foi o método desenvolvido para evitar/minimizar a
corrosão.
3. Descreva suas principais conclusões sobre o estudo realizado.
Ao �nal disponibilize seu trabalho no fórum da seção.
Química Geral e Ciência dos Materiais - U1.pdf
O Tratamento da água e dos e�uentes oriundos de atividades urbanas e
industriais é fundamental para manter a qualidade dos mananciais que
recebem o despejo desses e�uentes. Esse tema tem sido amplamente
estudado por pro�ssionais de diversas áreas da engenharia que buscam
desenvolver alternativas cada vez mais e�cientes e de menor custo para o
tratamento dos e�uentes líquidos.
Uma alternativa tecnológica de tratamento de e�uentes foi testada por Brito
et al . (2012) para descontaminar a água de lavagem oriunda do processo de
puri�cação de biodiesel. O método empregado para esse tratamento foi a
eletrocoagulação (ou eletro�oculação); nele, o e�uente é colocado em um
reator eletroquímico constituído de dois eletrodos tubulares de alumínio. O
tratamento com eletro�oculação inicia-se com a oxidação do eletrodo de
alumínio cuja reação ocorre no ânodo a partir do potencial aplicado. O cátion
Al+3(aq) formado reage com a água, formando o agente coagulante, Al(OH)3,
responsável pela coagulação e formação de partículas coloidais, conforme
mostrado na reação a seguir.
INTRODUÇÃO À QUÍMICA GERALINTRODUÇÃO À QUÍMICA GERAL
Referências
BRITO, J. F.; FERREIRA, L. de O.; SILVA, J. P. Tratamento da água de puri�cação
do biodiesel utilizando eletro�oculação. Quim. Nova , São Paulo, v. 35, n. 4, p.
728-732, 2012.
Fonte: Brito et al . (2012).
Vamos Praticar
A partir dos conceitos apresentados: escreva a equação que representa a
reação química  que ocorre quando o cátion alumínio é liberado no e�uente;
identi�que as ligações químicas presentes em cada um dos compostos
envolvidos na reação química (iônica, covalente e metálica); e escreva a
distribuição eletrônica, em subníveis de energia, para todos os elementos
químicos (no seu estado fundamental) presentes na reação da questão.
A partir das distribuições eletrônicas, a camada de valência do átomo de cada
elemento, assim como o número de elétrons presentes nesta camada.
Ao �nal, disponibilize seu trabalho no fórum da seção.
Química e Ciências dos Materiais - u4.pdf
Compreender os materiais e suas aplicações é de vital importância para a
prática pro�ssional de um engenheiro. Neste contexto, a indústria automotiva
vem fomentando o desenvolvimento de pesquisas no âmbito da engenharia
de materiais, de modo a tornar os carros de Fórmula 1 cada vez mais leves,
resistentes, de altíssimo desempenho e esteticamente elegantes. Os materiais
compósitos, bem como os materiais poliméricos, apresentam-se como
prioritários na confecção desses carros.
MATERIAIS CERÂMICOS,MATERIAIS CERÂMICOS,
POLIMÉRICOS E COMPÓSITOSPOLIMÉRICOS E COMPÓSITOS
Referências
AZOMaterials. Revista eletrônica , 2013. Disponível em
< https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=8194 > Acessado em: 13 de
Janeiro de 2020.
Vamos Praticar
Pesquise estudos que abordem, dentro de um panorama histórico, os
materiais empregados na confecção de carros de Fórmula 1. Avalie o que
mudou nos últimos 50 anos para essa categoria e responda às seguintes
questões:
Questão do estudo de caso
Apresentar um infográ�co ilustrando uma linha do tempo e a mudança dos
materiais para os carros de fórmula 1.
Ao �nal disponibilize seu trabalho no fórum da seção. 
Legenda: Ilustração esquemática de um carro de
Fórmula 1. 
https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=8194
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ed. Rio de Janeiro: LTC, 2006.
1 quimica geral.pdf
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QUÍMICA GERAL E CIÊNCIA DOSQUÍMICA GERAL E CIÊNCIA DOS
MATERIAISMATERIAIS
INTRODUÇÃO À QUÍMICAINTRODUÇÃO À QUÍMICA
GERALGERAL
Autor: Dr. Wil l ian Viana
Revisor : Le i la Campos
IN IC IAR
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introdução
Introdução
A química e a ciência dos materiais consistem no estudo da estrutura da
matéria e suas transformações. Todos os materiais que nos rodeiam são
formados por elementos químicos ligados de diferentes formas, tais como o
solo, os alimentos, o corpo humano e o silício (utilizado na fabricação dos
equipamentos tecnologia), entre outros. Nesse sentido, a química e a ciência
dos materiais constituem a base dos conhecimentos voltados para os cursos
de Engenharia e ciências
exatas correlatas, relacionando-se com os demais
conteúdos abordados nessa área de formação. Nesta unidade, serão
apresentados os conteúdos iniciais de Química Geral, mostrando a
importância do desenvolvimento e seleção de materiais, a estrutura atômica e
a distribuição eletrônica, a tabela e as propriedades periódicas, além das
ligações químicas iônica, covalente e metálica.
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A química é uma ciência que visa entender melhor alguns acontecimentos
que ocorrem no nosso cotidiano, cujo estudo está associado à estrutura,
composição e transformação da matéria. Trata-se de uma ciência central,
comum às diversas áreas de formação, e está relacionada aos diversos bens
de consumo utilizados por nossa sociedade, tais como produção de
medicamentos, produtos de limpeza doméstica, materiais para automóveis,
alimentos, cosméticos, combustíveis, plásticos e vidro, dentre outros, e graças
às suas contribuições têm sido possíveis os avanços da tecnologia e da
sociedade nas mais diversas áreas do conhecimento.
Durante muito tempo, a indústria química exerceu um papel signi�cativo com
relação à poluição do planeta, ocasionando, muitas vezes, danos irreversíveis,
a exemplo da extração de minérios, descarte de materiais tóxicos,
contaminação de e�uentes, dentre outros. Dessa forma, um dos papéis
importantes da química consiste em buscar soluções para o paradigma entre
Importância doImportância do
Desenvolvimento eDesenvolvimento e
Seleção deSeleção de
MateriaisMateriais
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a necessidade de consumo dos recursos naturais e a sua preservação. Entre
os desa�os a serem vencidos, podemos citar alguns exemplos, como:
Desenvolvimento de produtos biodegradáveis.
Recuperação de rios poluídos.
Descarte ambientalmente adequado de resíduos.
Tratamento de e�uentes urbanos e industriais.
Reutilização da água, reduzindo a demanda de água dos mananciais.
Uso de tecnologias limpas.
A química também está diretamente relacionada às propriedades dos
materiais utilizados para diferentes aplicações. O sucesso do produto �nal
depende fortemente do material utilizado. A escolha do material deve levar
em conta suas propriedades, estrutura interna, composição, comportamento
frente a ataques químicos, térmicos ou esforços mecânicos, além do custo de
fabricação. Nesse sentido, algumas propriedades do material podem ser
predominantes na hora de fazer a escolha para determinada aplicação ou
produto especí�co.
A escolha de um bom material vai determinar a con�abilidade, durabilidade e
viabilidade econômica de um projeto. Portanto, é de extrema importância
saber quais são os materiais mais adequados para um projeto especí�co,
balanceando e�ciência, qualidade e custo.
praticar
Vamos Praticar
A seleção de materiais deve seguir uma série de critérios. Com relação a esses
critérios, são feitas algumas a�rmações. Assinale a alternativa que corresponde a
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um princípio correto relativo à seleção de materiais.
a) A seleção de materiais deve dar prioridade à redução de custos,
independentemente das propriedades desejadas para o produto �nal.
b) A seleção de materiais deve levar em consideração uma soma de critérios,
como sua composição, comportamento a ataques químicos, térmicos e
esforços mecânicos, além de avaliar o menor custo que atenda às
necessidades do projeto.
c) A seleção do material deve ser feita sempre tendo como base o material
com as melhores propriedades disponíveis, mesmo que o custo seja mais
elevado.
d) Um exemplo de redução de custos seria a troca do material de construção,
por exemplo aço substituindo polímeros na indústria automotiva.
e) A massa do material selecionado não in�uencia na sua escolha.
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A ideia de átomo foi proposta pelo �lósofo Leucipo (478 a.C.) e aperfeiçoada e
propagada pelo seu discípulo Demócrito. Eles descreveram os átomos como
pequenas partículas que constituíam a matéria. Tais partículas representavam
a menor porção possível da matéria e, portanto, eram indivisíveis. Somente
após milhares de anos, essa ideia foi substituída por modelos baseados em
estudos experimentais. 
Modelo Atômico de Dalton
Esse modelo, desenvolvido por John Dalton, em 1808, baseou-se em reações
químicas e pesagens minuciosas, chegando à conclusão de que os átomos
realmente existiam e que possuíam algumas características, entre elas:
Toda matéria é composta por partículas extremamente pequenas e
indivisíveis denominadas átomos.
Estrutura AtômicaEstrutura Atômica
e Distribuiçãoe Distribuição
EletrônicaEletrônica
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Todos os átomos de um elemento são idênticos. Alguns exemplos de
elementos são: ferro, alumínio, zinco etc.
Os compostos químicos são formados quando dois ou mais átomos
se combinam. Alguns exemplos são: H O, NaCl, C H O (sacarose)
etc.
Os átomos não podem ser criados nem destruídos, o que atende à
chamada “Lei de Conservação das Massas”. Dessa forma, eles são
simplesmente rearranjados, formando novas substâncias (por meio
de reações químicas).
Dalton determinou que os átomos são maciços, esféricos e indivisíveis,
semelhantes a uma bola de bilhar (Figura 1.1). 
Figura 1.1 - Modelo atômico de Dalton 
Fonte: Wikiwand (2019, on-line).
Modelo Atômico de Thomson
2 12 22 11
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Esse modelo foi desenvolvido por Joseph John Thomson, em 1897. Thomson
veri�cou que o átomo não é indivisível, mas possui partículas carregadas
negativamente. Essas partículas de carga negativa são os elétrons. Sugeriu
que o átomo poderia ser uma esfera maciça carregada positivamente na qual
alguns elétrons estariam uniformemente distribuídos. Como um todo, o
átomo seria eletricamente neutro, tendo o mesmo número de cargas
positivas (na massa do átomo) e cargas negativas (elétrons mergulhados)
(Figura 1.2).
Figura 1.2 - Modelo atômico Thomson 
Fonte: Modelo_budin... (2019, on-line).
Modelo Atômico de Rutherford
Esse modelo foi desenvolvido por Ernest Rutherford, em 1911, cujo
experimento consistiu em bombardear uma �na lâmina de ouro (0,00001 cm)
com pequenas partículas portadoras de carga elétrica positiva, chamadas de
partículas alfa, emitidas por certos materiais radioativos, como o polônio.
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A partir desse experimento, Rutherford observou que:
a maioria das partículas atravessou a lâmina sem sofrer desvios,
concluindo que a maior parte do átomo deveria ser constituída por
espaços vazios. Poucas partículas não atravessaram a lâmina e
retornaram, concluindo que deveria existir, no átomo, uma pequena
região onde estaria concentrada toda a sua massa (núcleo);
algumas   partículas, ao atravessarem a lâmina, sofreram desvios,
concluindo que o núcleo do átomo deveria conter cargas positivas,
responsáveis pelo desvio das partículas.
A Figura 1.3 mostra, esquematicamente, o experimento realizado.
Figura 1.3 - Experimento de Rutherford 
Fonte: Adaptada de Secretaria da... (2019).
A partir dos experimentos de Rutherford,
veri�cou-se que o átomo é formado
por um núcleo denso, que contém prótons e nêutrons, rodeado pelos
elétrons distribuídos por todo o volume restante do átomo (eletrosfera). De
maneira esquemática, as regiões do átomo estão divididas conforme mostra a
Figura 1.4.
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Figura 1.4 - Constituição esquemática do átomo 
Fonte: Elaborada pelo autor.
Rutherford constatou que o átomo é constituído por três partículas
subatômicas, sendo elas: o próton, o nêutron e o elétron. Dentre as partículas
subatômicas, os prótons e nêutrons possuem massa signi�cativa, e o elétron
possui massa desprezível. Com relação às cargas, o próton possui carga
positiva, o elétron possui carga negativa e o nêutron não possui carga. A
Tabela 1.1 apresenta as características dessas partículas.
Massa (u) Carga
Próton 1,007276 +1
Nêutron 1,008665 0
Elétron 0,0005486 -1
Tabela 1.1 - Características das partículas subatômicas 
Fonte: Adaptada de Brown (2017).
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O modelo atômico de Rutherford �cou conhecido como “modelo planetário”,
uma vez que nele, o átomo se assemelha ao Sistema Solar com os elétrons
girando ao redor do núcleo (Figura 1.5), assim como os planetas giram ao
redor do Sol.
Figura 1.5 - Modelo atômico planetário 
Fonte: Indolence / Wikipedia.
Características dos Átomos
A partir do modelo atômico de Rutherford, foi possível estabelecer algumas
características para os átomos dos diferentes elementos, sendo elas o
número atômico e número de massa.
1. Número atômico (Z):
O número atômico indica a quantidade de prótons existentes no núcleo de
um átomo. É representado pela letra “Z”.
Como os átomos são neutros, temos que: Nº de prótons = Nº de elétrons.
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2. Número de massa (A):
O número de massa (A) é a soma do número de prótons (p) e o número de
nêutrons (n), logo: A = p + n.
A representação de um elemento químico, quanto ao seu número atômico e
número de massa, é feita da seguinte maneira:
Onde “X” é um elemento genérico com número de massa “A” e número
atômico “Z”.
Modelo Atômico de Rutherford-Böhr
O modelo atômico de Rutherford foi aperfeiçoado por Böhr. Baseado na
teoria quântica proposta por Planck, Bohr elaborou os seguintes postulados:
I) Os elétrons que giram ao redor do núcleo não giram ao acaso, mas
descrevem órbitas determinadas sem emitirem nem absorverem energia.
II) Ao receber energia, o elétron pode saltar para outra órbita, mais
energética. Quando o átomo retorna à sua órbita original, ele libera a energia
que foi absorvida, em forma de luz ou calor.
Essas órbitas foram denominadas níveis de energia ou camadas eletrônicas e
apresentam valores de energia especí�cos para cada átomo. Sete níveis de
energia foram de�nidos pelas letras K, L, M, N, O, P e Q e sua energia
aumenta à medida que os níveis se afastam do núcleo. A Figura 1.6 mostra a
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distribuição das camadas eletrônicas ao redor do núcleo. Para a camada mais
externa, dá-se o nome de camada de valência.
Figura 1.6 - Camadas de energia do átomo 
Fonte Roberto Grillo Cúneo / Wikipédia.
Cada camada energética comporta um número máximo de elétrons. Os
elétrons sempre vão ocupar os níveis energéticos mais baixos, para então
ocupar níveis de maior energia. A Tabela 1.2 mostra o número máximo de
elétrons por níveis de energia.
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Níveis de energia
(n)
Camada
Número máximo de
elétrons
1 K 2
2 L 8
3 M 18
4 N 32
5 O 32
6 P 18
7 Q 8
Tabela 1.2 - Número máximo de elétrons por nível de energia 
Fonte: Adaptada de Brown (2017).
Contribuição de Sommerfeld para o
Modelo Atômico
Ao pesquisar o átomo, Sommerfeld concluiu que os elétrons de um mesmo
nível ocupam órbitas de trajetórias diferentes (circulares e elípticas). Essas
trajetórias foram denominadas subníveis. Os subníveis podem ser de quatro
tipos: s , p , d , f, estando em ordem crescente de energia (s < p < d < f).
Elétrons situados no mesmo subnível contêm a mesma quantidade de
energia e se distribuem pela eletrosfera, ocupando o subnível de menor
energia. O número máximo de elétrons por subnível está mostrado na Tabela
1.3.
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Subnível s p d f
Número
máximo
de
elétrons
2 6 10 14
Tabela 1.3 - Número máximo de elétrons por subnível 
Fonte: Adaptada de Brown (2017).
Diagrama de Linus Pauling
Para tornar mais fácil a distribuição dos elétrons nos níveis e subníveis de
energia dos átomos, o cientista Linus Pauling (1901-1994) criou uma
representação grá�ca com o objetivo de facilitar a distribuição eletrônica por
ordem crescente de energia, que �cou conhecida como diagrama de Pauling
(Figura 1.7). O uso desse diagrama consiste em distribuir os elétrons seguindo
a ordem mostrada pelas setas nas diagonais, começando pelo topo até atingir
o número de elétrons correspondente a um determinado átomo.
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Figura 1.7 - Diagrama de Linus Pauling 
Fonte: DMacks / Wikipedia.
Exemplos: Na: 1s 2 2s 2p 3s
Zn: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d
Modelo Atômico Atual
Schrödinger apresentou um mode lo atômico no qual os elétrons eram
considera dos como partículas-onda. Esse modelo era baseado na teoria da
mecânica ondulatória, que determinou o conceito de “orbital”, a região do
espaço ao redor do núcleo onde existe a máxima probabilidade de se
encontrar o elétron. O modelo de Schrödinger, válido até hoje, procura
determinar os valores permitidos de energia para os elétrons de um átomo e
mostra que é impossível conhecermos a trajetória de um elétron.
11
2 2 6 1
30
2 2 6 1 6 2 10
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praticar
Vamos Praticar
Um determinado átomo, em seu estado fundamental, apresenta número atômico
igual a 13 e o número de massa igual a 27. Sobre ele, é correto a�rmar que:
a) Apresenta 27 elétrons.
b) Apresenta 15 prótons.
c) Apresenta 14 nêutrons.
d) Apresenta 26 nêutrons.
e) Apresenta 14 elétrons.
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A tabela periódica é um instrumento de consulta que relaciona as estruturas
dos elementos químicos conhecidos com o modelo atômico de subníveis e
explica algumas de suas propriedades periódicas. Em 1869, Dmitri Mendeleev
elaborou uma forma de organizar os elementos químicos de acordo com suas
propriedades, deixando espaços em branco, de forma que pudessem ser
preenchidos por novos elementos que viessem a ser descobertos. Mendeleev
organizou os elementos de acordo com a ordem crescente de suas massas
atômicas e notou que, nessa sequência, apareciam a intervalos regulares
elementos com propriedades semelhantes, daí a denominação de
propriedades periódicas.
Em 1913, Moseley, ao trabalhar com uma técnica envolvendo raios X,
descobriu uma característica numérica dos átomos
de cada elemento,
conhecida como “número atômico”, que, posteriormente, foi associado ao
número de prótons. Dessa forma, veri�cou-se que, ao organizar os elementos
em função da ordem crescente de seus respectivos números atômicos,
corrigiam-se algumas inconsistências da tabela elaborada por Mendeleev. E,
Tabela eTabela e
PropriedadesPropriedades
PeriódicasPeriódicas
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assim, a tabela periódica foi reformulada e, atualmente, os elementos
químicos estão dispostos em ordem crescente de número atômico. A Figura
1.8 mostra a organização dos elementos químicos na tabela periódica. 
Figura 1.8 - Tabela periódica 
Fonte: Rottoni / Wikipedia.
Na tabela periódica, as colunas, ou linhas verticais, são chamadas de grupos
ou famílias, sendo numeradas de 1 a 18. Os elementos localizados na mesma
família possuem, em geral, o mesmo número de elétrons na camada de
valência. Já as linhas horizontais são chamadas de períodos, variando de 1 a 7.
Os elementos localizados em um mesmo período possuem o mesmo número
de camadas eletrônicas.
A simbologia utilizada para cada elemento na tabela periódica está mostrada
na Figura 1.9, sendo composta de:
Símbolo : iniciais do nome, em latim.
Número atômico (Z) : número de prótons.
Massa atômica : média ponderada das massas de seus isótopos,
levando em consideração as abundâncias relativas desses isótopos.
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Figura 1.9 - Simbologia utilizada para os elementos na tabela periódica. 
Fonte: Elaborada pelo autor.
Classi�icação dos Elementos da
Tabela Periódica
Os elementos presentes na tabela periódica podem ser classi�cados sob
diferentes formas. As Figuras 1.10 e 1.11 apresentam duas formas diferentes
de classi�cação.
31/10/2022 10:22 Ead.br
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Figura 1.10 - Classi�cação das famílias ou grupos 
Fonte: Elaborada pelo autor.
Figura 1.11 - Classi�cação dos elementos quanto às suas propriedades físicas
e químicas 
Fonte: Elaborada pelo autor.
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reflita
Re�ita
Conheça as principais características
das diferentes classi�cações dos
elementos químicos:
Metais: apresentam brilho,
são bons condutores de calor
e de eletricidade, são sólidos à
temperatura ambiente (à
exceção do mercúrio), são
dúcteis (capazes de se
transformar em �os) e
maleáveis (formam chapas).
Ametais: possuem
propriedades opostas às dos
metais, não conduzem calor
nem eletricidade (exceção
carbono), não possuem brilho
e podem se apresentar nos
estados sólido, líquido ou
gasoso.
Semimetais: possuem
propriedades intermediárias
entre metais e ametais. São
todos sólidos, apresentam
brilho e são semicondutores
de calor e de eletricidade.
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Gases nobres: recebem essa
denominação em função de,
di�cilmente fazerem ligações
com átomos de outros
elementos. São estáveis e
possuem a camada de
valência completa, são todos
gases e usados,
principalmente, em lâmpadas
especiais.
Hidrogênio: é considerado um
elemento à parte. Pode se
combinar com metais, ametais
e semimetais. É um gás
isolante e extremamente
in�amável. É o elemento mais
abundante do universo, sendo
a água a maior fonte de
hidrogênio.
Fonte: Adaptado de Bettelheim et al .
(2012).
Propriedades Periódicas
As propriedades periódicas são aquelas que, à medida que o número atômico
aumenta, assumem valores crescentes ou decrescentes em cada período.
Algumas das propriedades periódicas são:
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praticar
Vamos Praticar
Dados os elementos químicos:
G: 1s
J: 1s 2s
L: 1s 2s
M: 1s 2s 2p 3s
2
2 1
2 2
2 2 6 2
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Assinale a alternativa cujos elementos químicos apresentam propriedades químicas
semelhantes aos apresentados:
a) G e L, pois são gases nobres.
b) G e M, pois têm dois elétrons no subnível mais energético.
c) J e G, pois são metais alcalinos.
d) L e M, pois são metais alcalinos terrosos.
e) J e L, pois são metais alcalinos.
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Os átomos ligam-se, isto é, eles tendem a perder, ganhar ou compartilhar
elétrons, procurando adquirir con�guração eletrônica do gás nobre mais
próximo e, com isso, alcançar sua estabilidade. Isso ocorre em decorrência de
os gases nobres possuírem sua camada de valência completa, com oito
elétrons. O átomo pode adquirir uma con�guração de gás nobre doando,
recebendo ou compartilhando elétrons da camada de valência.
Os átomos que possuem 1, 2 ou 3 elétrons na camada de valência tendem a
ceder seus elétrons. Os átomos que possuem 5, 6 ou 7 elétrons na camada de
valência tendem a atrair elétrons. Os átomos que possuem 4 elétrons na
camada de valência compartilham seus elétrons, dependendo do elemento
químico em questão.
Ao doar ou receber elétrons, formam-se os íons. As espécies que doam
elétrons se transformam em cátions, e as espécies que recebem elétrons se
transformam em ânions. Os cátions são representados por X , onde n é o
número de elétrons doados, e os ânions são representados por XX , onde n
é o número de elétrons recebidos.
Ligações Iônica,Ligações Iônica,
Covalente eCovalente e
MetálicaMetálica
+n
−n
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Existem três tipos de ligações químicas intramoleculares (ligações entre
átomos):
Ligação iônica: envolve a transferência de elétrons.
Ligação covalente: envolve o compartilhamento de elétrons.
Ligação metálica: cátions envolvidos por uma “nuvem” de elétrons.
Numa ligação química, só são transferidos ou compartilhados os elétrons de
valência, ou seja, os elétrons da camada mais externa do átomo. Para
representar esses elétrons, utilizamos a representação de Lewis. A Figura 1.12
mostra exemplos da representação de Lewis.
Figura 1.12 - Representação de Lewis de alguns elementos da tabela periódica
Fonte: Elaborada pelo autor.
Ligações Iônicas
Ocorrem entre átomos de metais e ametais:
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Metais: possuem menos de quatro elétrons na camada de valência,
apresentam alta eletropositividade, adquirem o octeto perdendo
elétron(s) e estabilizam-se na forma de cátions.
Ametais: possuem mais de quatro elétrons na camada de valência,
apresentam alta eletronegatividade, adquirem o octeto ganhando
elétron(s) e estabilizam-se na forma de ânions.
Essa ligação acontece por atração eletrostática de íons com cargas opostas,
formando os compostos iônicos.
A fórmula dos compostos iônicos é escrita seguindo as regras apresentadas:
1. Escreve-se sempre primeiro o cátion e depois o ânion.
2. Como todo composto iônico é eletricamente neutro, as cargas
individuais dos íons não precisam ser escritas.
3. Os números em subscrito
que aparecem do lado direito de cada íon
indicam a proporção entre o cátion e o ânion. Esses números são
chamados de índices, e o número 1 não é escrito.
Exemplo de representação da fórmula do composto iônico (Figura 1.13):
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Figura 1.13 - Representação genérica da fórmula do composto iônico 
Fonte: Elaborada pelo autor.
Ligações Covalentes
Na ligação covalente, o par de elétrons passa a pertencer simultaneamente
aos dois átomos, ocorrendo um compartilhamento de elétrons. Ocorre entre
átomos que têm tendência para receber elétrons, ou seja, entre ametais,
ametal + Hidrogênio e Hidrogênio + Hidrogênio. Os átomos compartilham
elétrons, formando pares eletrônicos. Como consequência desse
compartilhamento, formam-se as moléculas A Figura 1.14 mostra dois
exemplos de ligação covalente, utilizando a representação de Lewis.
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Figura 1.14 - Representação de Lewis de ligações covalentes 
Fonte: Elaborada pelo autor.
Ligações Metálicas
É uma ligação que envolve um “amontoado” organizado de íons metálicos
positivos mergulhados em um “mar de elétrons” livres, chamado “modelo do
mar de elétrons”. Esse tipo de ligação apresenta uma grande movimentação
eletrônica, o que acaba in�uenciando nas principais características dos
metais: boa condutividade térmica e elétrica, além de alta maleabilidade e
ductibilidade.
Pode ser formada uma grande quantidade de ligas combinando os metais
entre si ou com outros elementos da tabela periódica.
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saibamais
Saiba mais
Saiba mais sobre as ligações químicas,
fazendo a leitura do artigo a seguir, que
apresenta detalhes interessantes sobre as
ligações químicas:
ACESSAR
praticar
Vamos Praticar
As ligações químicas ocorrem entre os átomos para formar moléculas. Esse
fenômeno ocorre com a intenção de tornar os elementos envolvidos mais estáveis.
O tipo de ligação química depende dos elementos que estão se ligando. Dessa
forma, as ligações químicas existentes entre os átomos dos compostos HI, NH e
NaCl são, respectivamente:
a) Iônica, covalente, iônica.
b) Covalente, iônica, iônica.
c) Iônica, covalente, covalente.
3
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d) Iônica, iônica, covalente.
e) Covalente, covalente, iônica.
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indicações
Material
Complementar
LIVRO
Princípios de Química
Peter William Atkins e Loreta Jones.
Editora: Bookman Companhia Editor
ISBN: 8540700387
Comentário: o livro mostra, de forma bastante
completa, o conteúdo abordado nesta unidade, com
diversas aplicações e exemplos práticos de uso dos
conhecimentos de Química Geral.
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FILME
Tudo se transforma, ligações químicas,
ligações químicas
Ano: 2012
Comentário: o vídeo aborda, com uma linguagem
simples e direta, os conceitos de ligações químicas
iônica, covalente e metálica.
Para saber mais sobre o �lme, acesse o link:
TRA ILER
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conclusão
Conclusão
Nesta unidade, aprendemos os princípios gerais da Química, iniciando com
alguns exemplos de aplicação da química na atuação do pro�ssional, e sua
relação com a seleção de materiais. Vimos a evolução da teoria atômica,
abordando as principais características do átomo, como o número atômico, o
número de massa e a distribuição de elétrons nos níveis e subníveis
energéticos, utilizando o diagrama de Linus Pauling. Vimos, também, que os
elementos são organizados em ordem crescente de número atômico na
tabela periódica. Essa organização permite que algumas propriedades
apareçam de forma periódica na tabela, entre elas o raio atômico, a energia
de ionização e a eletroa�nidade. Por �m, aprendemos que as ligações
químicas que ocorrem entre os átomos podem ser: iônicas, covalentes e
metálicas.
referências
Referências
Bibliográ�cas
BETTELHEIM, F.; BROWN, W. H.; CAMPBELL, M. K.; FARREL, S. O. Introdução à
química geral . São Paulo: Cengage Learning, 2012.
31/10/2022 10:22 Ead.br
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BROWN, T. E. Química : a ciência central. 13. ed. São Paulo: Pearson Prentice
Hall, 2017.
MODELO_budin_de_pasas_thumb_2_.jpg. DCC: Ciência de la Computación
Universidad de Chile . [2019]. Disponível em:
https://wiki.dcc.uchile.cl/alice/lib/exe/detail.php?
id=p4_2014_39_g3&media=modelo_budin_de_pasas_thumb_2_.jpg . Acesso
em: 7 dez. 2019.
SECRETARIA DA EDUCAÇÃO. Experimento de Rutherford . [2019]. Disponível
em: http://www.quimica.seed.pr.gov.br/modules/galeria/detalhe.php?
foto=1356&evento= . Acesso em: 7 dez. 2019.
https://wiki.dcc.uchile.cl/alice/lib/exe/detail.php?id=p4_2014_39_g3&media=modelo_budin_de_pasas_thumb_2_.jpg
http://www.quimica.seed.pr.gov.br/modules/galeria/detalhe.php?foto=1356&evento=
2 quimica geral.pdf
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QUÍMICA GERAL E QUÍMICA GERAL E 
CIÊNCIA DOS MATERIAISCIÊNCIA DOS MATERIAIS
ESTRUTURA E PROPRIEDADESESTRUTURA E PROPRIEDADES
DOS SÓLIDOSDOS SÓLIDOS
Autor: Dr. Will iam Viana
Revisora : Le i la Mar ia Agui lera Campos
IN IC IAR
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introdução
Introdução
Os materiais que se encontram em estado sólido estão com seus átomos,
íons ou moléculas distribuídos de tal maneira que garantem estabilidade
entre si, propiciando essa estado da matéria. Grande quantidade dos
materiais que são utilizados na engenharia no dia a dia, em especial o metal
(existe uma gigantesca quantidade de diferentes tipos de metais), possui um
arranjo geométrico muito bem de�nido entre os seus átomos, constituindo o
que chamamos de estrutura cristalina. Um material é chamado de cristalino
quando possui um agrupamento de átomos, íons ou moléculas que se repete
nas três dimensões, independentemente do tipo de ligação.
O tipo de ligação química, a distribuição espacial dos átomos e o elemento
químico em si estão fortemente correlacionados com as propriedades do
material. Por menor que seja a alteração em qualquer um desses três fatores,
há uma grande mudança nas propriedades. Neste capítulo, são abordados os
assuntos que servem de suporte teórico para compreender a relação citada.
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Os materiais sólidos são classi�cados em função da regularidade com que os
átomos ou íons estão organizados entre si. Dizemos que um material é
cristalino quando essa organização se repete ou possui periodicidade em
grandes distâncias atômicas, ou seja, não basta que algumas dezenas de
átomos organizados de maneira tridimensional estejam se repetindo, é
necessário que esse padrão de
organização se repita para alguns milhares de
átomos.
É necessário ter em mente a importância de se conhecer a estrutura dos
sólidos cristalinos, uma vez que as propriedades dos materiais estão
intimamente ligadas à sua estrutura cristalina. Dependendo da estrutura
cristalina, determinado material pode se apresentar como frágil, a  exemplo
do magnésio e do berílio, ou como dúctil, a exemplo do ouro e do cobre.
Segundo Callister Junior e Rethwisch (2008),  há diferenças signi�cativas entre
as propriedades dos materiais cristalinos e não cristalinos, mesmo sob
 composições idênticas.
Estrutura dos SólidosEstrutura dos Sólidos
CristalinosCristalinos
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Conceitos Fundamentais
Os átomos, no estado sólido, podem assumir diversos arranjos, a partir dos
quais é possível   compreender os conceitos de cristalinidade e não
cristalinidade. O   conceito de cristalinidade está diretamente relacionado à
regularidade dos arranjos entre os átomos ou, mais precisamente, ao seu
posicionamento. Ao longo de uma cadeia, os átomos alinham-se periódica ou
repetitivamente, estabelecendo uma espécie de ordem . Quando esse
alinhamento se estende e ocorre a solidi�cação, eles adotaram um padrão
tridimensional. Os metais, alguns polímeros e alguns dos materiais cerâmicos
possuem essa característica e, quando solidi�cados, formam o que se chama
de estrutura cristalina.
Figura 2.1 - Rede cristalina: matriz tridimensional de pontos que coincidem
com as posições dos átomos (centros das esferas) 
Fonte: Callister Junior e Rethwisch (2008, p. 39).
A estrutura cristalina nada mais é do que a maneira como esses átomos estão
organizados no espaço, sob diferentes formas e graus de complexidade
(Figura 2.1).
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De�inição de Células Unitárias
A partir da de�nição de cristalinidade, veri�ca-se que existe uma ordem entre
os átomos presentes nos sólidos cristalinos e que formam um padrão ao
longo das estruturas. Ao dividir essas grandes estruturas em pequenas partes
e considerar as unidades que se repetem, temos as menores frações
cristalinas, que são denominadas células unitárias. Na maioria das
estruturas cristalinas, as células unitárias possuem o formato de um
paralelepípedo ou de um prisma, com três conjuntos de faces paralelas,
conforme mostrado na Figura 2.2 (CALLISTER JUNIOR; RETHWISCH, 2008).
Figura 2.2 - Modelo das esferas rígidas (A) e modelo de átomos pontuais (B)
da célula unitária 
Fonte: Callister Junior e Rethwisch (2008, p. 39).
A célula unitária é a unidade básica de formação da estrutura cristalina que
representa sua simetria, demonstrando todas as posições dos átomos do
cristal por meio de translações integrais dos comprimentos ao longo de cada
uma das arestas, de�nindo toda estrutura pela geometria e posição desses
átomos. É importante salientar que se convencionou a�rmar a coincidência
entre os centros dos átomos e os vértices do paralelepípedo como
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representação de uma esfera rígida e a adoção de apenas uma única célula
unitária para uma estrutura cristalina, apesar da possibilidade de termos mais
de uma célula representando uma mesma estrutura.
Estruturas Cristalinas dos Metais
Existe uma quantidade bastante elevada de estruturas cristalinas diferentes,
desde as mais simples, como as dos metais, até  as mais complexas, como os
polímeros e as cerâmicas. Entre as todas estruturas existentes, destaca-se a
estrutura cúbica de faces centradas (CFC).
A estrutura CFC é caracterizada por possuir um átomo centralizado em cada
uma das faces, conforme mostrado na  Figura 2.3.
Figura 2.3 -  Estrutura cristalina do tipo CFC 
Fonte: Callister Junior e Rethwisch (2008, p. 39).
Em todas as estruturas, existem características que precisam ser analisadas.
Entre elas, destacam-se o número de átomos dentro da célula unitária, o
parâmetro de rede, o número de coordenação e o fator de empacotamento
atômico.
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Inicialmente, é necessário de�nir o comprimento da aresta (a), o raio atômico
(R) que é uma grandeza geométrica tabelada para todos os átomos, e a
relação geométrica entre esses dois. Na Figura 2.4, está demonstrada uma
estrutura do tipo CFC com a respectiva relação entre “a” e “R”, denominada
parâmetro de rede (CALLISTER JUNIOR; RETHWISCH, 2008).
Figura 2.4 -  Estrutura do tipo CFC com o comprimento da aresta (a), o raio
atômico (R) e o parâmetro de rede 
Fonte: Adaptado de Callister Junior e Rethwisch (2008, p. 39).
Em seguida, determina-se a quantidade de átomos dentro da célula unitária,
utilizando o modelo das esferas rígidas.
Observe que exatamente no centro da célula não há átomo.
Em cada face do cubo, há a metade de um átomo. Sendo assim, se
são seis faces, teremos três átomos inteiros como resultado da soma
dessas seis metades.
Em cada vértice, há uma fração de átomo equivalente a ⅛. Como
temos oito vértices, teremos, no total, um átomo inteiro.
Logo, em   uma estrutura cristalina do tipo CFC, teremos o total de quatro
átomos inteiros dentro da célula unitária.
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Estrutura cúbica de corpo centrado (CCC)
Esta estrutura é caracterizada por possuir um átomo na parte central da
célula unitária (Figura 2.5).
Figura 2.5 -  Estrutura do tipo CCC com esferas rígidas (a), átomos pontuais (b)
e meio à rede cristalina 
Fonte: Adaptado de Callister Junior e Rethwisch (2008, p. 41).
Observe que exatamente no centro da célula unitária existe um
átomo.
Em cada vértice, há uma fração de átomo equivalente a ⅛. Como
temos oito vértices, teremos, no total, um átomo inteiro.
Logo, em   uma estrutura cristalina do tipo CCC, teremos o total de dois
átomos inteiros dentro da célula unitária.
Com relação à determinação do parâmetro de rede para essa estrutura,
temos que: (4R = + (a)2 a2 2
–√ )2
16 = + 2 = 3R2 a2 a2 a2
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Estrutura hexagonal compacta (HC)
A estrutura hexagonal compacta é representada por uma estrutura em forma
de hexágono, que possui o comprimento da aresta “a” e a altura representada
pela letra “c” (Figura 2.6).
Figura 2.6 -  Estrutura do tipo HC com esferas rígidas pertencentes a uma
única célula unitária 
Fonte: Daniel Mayer / Wikimedia Commons.
Observe que exatamente no centro da célula unitária existem três
átomo não inteiros, mas em três das seis faces laterais existem
frações de outros átomos, que são complementares àqueles
incompletos, formando, assim, um total de três átomos.
Na face superior e na inferior, há, em cada, a metade de um átomo.
Sendo assim, a soma desses corresponde a um átomo inteiro.
Até agora, temos um total de quatro átomos. Vamos analisar os vértices.
= (16 )/3a2 R2
a = (4R)/ 3–√
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Em cada vértice, há uma fração de átomo equivalente a ⅙ . Como
temos seis vértices na parte superior e outros seis na parte inferior,
teremos, no total, dois átomos inteiros.
Logo, em uma estrutura do tipo hexagonal compacta, há um total de seis
átomos internos.
Figura 2.7 - Estrutura
do tipo HC com esferas rígidas (a) e átomos pontuais (b)
Fonte: Adaptado de Callister Junior e Rethwisch (2008, p. 42).
Conforme mostrado na Figura 2.7, existe uma razão entre os valores das
arestas “a” e “c” para a estrutura HC, correspondente a c/a ⩬ 1,63, cujo valor é
particular para que essa estrutura seja o mais compacta possível, ou seja,
para que os átomos estejam o mais próximo possível uns dos outros
(CALLISTER JUNIOR; RETHWISCH, 2008).
Os Sete Sistemas Cristalinos
Por conta da existência de muitas estruturas cristalinas distintas entre si, com
diversas con�gurações de organização, foi necessário agrupá-las mediante
seus respectivos arranjos atômicos. A geometria da célula unitária, por
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exemplo, foi uma das formas de organização que foi de�nida a partir da
forma do paralelepípedo, representando a célula unitária. Em meados do
século passado, o cientista francês A. Bravais propôs que o estudo das
estruturas cristalinas poderia ser realizado com a utilização de sete sistemas
cristalinos básicos e que, partindo deles, seria possível descrever 14 células
unitárias, as quais seriam capazes de identi�car qualquer tipo de estrutura
cristalina conhecida.
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saiba mais
Saiba mais
Alguns metais, assim como os não metais,
podem ter mais de uma estrutura cristalina,
um fenômeno conhecido como
polimor�smo. Quando encontrada em
sólidos elementares, a condição é
frequentemente denominada alotropia. A
estrutura cristalina depende da temperatura
e da pressão externa. Um exemplo
conhecido é encontrado no carbono: o
gra�te é o polimorfo estável nas condições
ambientes, enquanto o diamante é formado
sob pressões extremamente altas.
Além disso, o ferro puro possui uma
estrutura de cristal (CCC) à temperatura
ambiente; no entanto, muda sua estrutura
para CFC à temperatura de 912 ºC. Na
maioria das vezes, uma modi�cação da
densidade e outras propriedades físicas
acompanha uma transformação polimór�ca.
Em resumo:
Polimor�smo : quando um mesmo material
possui mais de uma estrutura cristalina.
Alotropia : quando o polimor�smo é
observado em sólidos elementares.
Saiba mais sobre o assunto acessando o link
a seguir, a partir da página 3.
Fonte: Adaptado de Muscelli (2012).
ACESSAR
https://teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59138/tde-14092017-164746/publico/Dissertacao.pdf
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No Quadro 1.1, são mostradas as principais características desses sistemas no
tocante a parâmetros de rede e ângulos entre eixos (CALLISTER JUNIOR;
RETHWISCH, 2008).
SISTEMAS EIXOS ÂNGULOS ENTRE OS EIXOS
CÚBICO a=b=c Todos os ângulos = 90º
TETRAGONAL a=b≠c Todos os ângulos = 90º
ORTORRÔMBICO a≠b≠c Todos os ângulos = 90º
MONOCLÍNICO a≠b≠c 2 ângulos = 90º e 1 ângulo ≠ 90º
TRICLÍNICO a≠b≠c Todos ângulos diferentes e
nenhum igual a 90º
HEXAGONAL a1=a2=a3≠c 3 ângulos = 90º e 1 ângulo = 120º
ROMBOÉDRICO a=b=c Todos os ângulos iguais, mas
diferentes de 90º
Quadro  2.1 - Parâmetros de rede e ângulos dos sete sistemas cristalinos de
Bravais 
Fonte: Adaptada de Callister Junior e Rethwisch (2008, p. 45).
praticar
Vamos Praticar
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O arranjo CFC caracteriza-se por exibir dois átomos nas arestas e mais três átomos
no total das faces do cubo. A partir do parâmetro de rede já apresentado nesta
unidade, determine o fator de empacotamento da estrutura CFC. 
FEA = (16/3) π R3 / 16 R3 √2 
a) 0,74
b) 0,64
c) 0,54
d) 0,84
e) 0,94
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Até o momento, só se considerou a existência de uma ordenação perfeita
entre os átomos para um material cristalino; entretanto, como nenhuma
estrutura é completamente perfeita, faz-se necessário estudar as
imperfeições presentes nos  sólidos. Conhecer as imperfeições dos materiais
é de fundamental importância para a compreensão do comportamento dos
metais, inclusive do efeito que essas imperfeições causam. Todos os materiais
possuem uma quantidade variada de imperfeições que impactam em suas
propriedades. Esse impacto nem sempre é negativo, e, muitas vezes,
características especí�cas desejadas podem ser alcançadas a partir do
controle dessas imperfeições. A rede cristalina também pode possuir o que se
chama defeito pontual, que corresponde a uma irregularidade na rede acerca
das dimensões na ordem do diâmetro atômico. Entre os diversos defeitos
abordados neste capítulo, tem-se, ainda, os defeitos lineares/unidimensionais
e os defeitos interfaciais/bidimensionais. Como efeitos relacionados, os
átomos de impureza, por exemplo, podem ser defeitos pontuais. A seguir,
serão discutidas formas de examiná-los.
Imperfeições nos SólidosImperfeições nos Sólidos
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Defeitos Pontuais
Os defeitos pontuais, também de�nidos como defeitos unidimensionais,
estão relacionados a pontos especí�cos da rede cristalina, em apenas uma
dimensão. Esses defeitos podem ser de diferentes tipos e são, geralmente,
formados  durante o processamento ou durante o processo de crescimento
do cristal. Os defeitos pontuais apresentam as seguintes classi�cações.
Vacâncias, vazios ou lacunas: 
Figura 2.8 - Representações bidimensionais de uma lacuna e de um
autointersticial 
Fonte: Adaptado de Callister Junior e Rethwisch (2008, p. 79).
Defeito de Schottky
Um defeito de Schottky é um tipo de defeito pontual em uma rede cristalina.
Recebeu esse nome devido ao Walter H. Schottky. Nos cristais não iônicos,
refere-se a defeitos de vacância da rede. Nos cristais iônicos, esse tipo de
defeito pontual se forma quando íons com carga oposta deixam seus locais
da rede, criando lacunas. Essas lacunas são formadas em unidades
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estequiométricas, para manter uma carga neutra. Os átomos ao redor se
movem para preencher essas lacunas, causando a formação de novas
lacunas.
Figura 2.9 - Imperfeição de Schottky: um cátion e um ânion são deslocados de
suas posições originais, causando uma dupla vacância. 
Fonte: VladVD / Wikimedia Commons.
Defeito de Frenkel
Um defeito de Frenkel, ou defeito de deslocamento, é um tipo de defeito
pontual em sólidos cristalinos. Possui esse nome em homenagem ao seu
descobridor, Yakov Frenkel. O defeito se forma quando um átomo ou íon
menor (geralmente cátion) deixa seu lugar na rede, criando uma lacuna, e se
torna um intersticial, por se hospedar em um local próximo.
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Figura 2.10 - Imperfeição de Frenkel: um cátion desloca-se de sua posição
original para uma posição intersticial próxima 
Fonte: VladVD / Wikimedia Commons.
Defeitos de átomos intersticiais e substitucionais
Devido a limitações fundamentais dos métodos de puri�cação de materiais,
os materiais nunca são 100% puros, o que, por de�nição, induz a defeitos na
estrutura do material cristalino. No caso de uma impureza (defeito), o átomo
é frequentemente incorporado em um local atômico regular na estrutura
cristalina. Se este não é um local vago e o átomo não estiver em um local
intersticial, é chamado de defeito substitucional.
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Figura 2.11 - Solução sólida substitucional de cobre e zinco 
Fonte: Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (2014, on-line).
No caso de um átomo que é incorporado em um local atômico irregular na
estrutura cristalina, se este �ca localizado no “vazio” entre os átomos, é
chamado de defeito intersticial.
Figura 2.12 - Solução sólida intersticial 
Fonte: Adaptado de Callister Junior e Rethwisch (2008, p. 107).
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Defeitos Lineares
Os materiais cristalinos podem apresentar defeitos que, muitas vezes, são
alinhados e contínuos em sua estrutura, dando origem ao que se chama
imperfeições em linha, ou imperfeições unidimensionais. Os defeitos em
linha, também chamados de discordâncias, são imperfeições que
proporcionam uma distorção da rede cristalina em torno de uma linha e
caracterizam-se por envolver um plano extra de átomos. Essas imperfeições
podem surgir durante o crescimento do cristal, em processos nos quais
ocorre a deformação plástica do material cristalino ou, ainda, como resultado
da interação de vacâncias. Existem dois principais tipos  de discordâncias, que
são conhecidos como discordância em cunha e discordância em hélice.
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Vamos Praticar
Estudar as imperfeições dos materiais é fundamental para a compreensão do
comportamento, principalmente, dos metais, inclusive em relação ao efeito que
essas imperfeições causam neles. A partir dos conhecimentos adquiridos, analise as
seguintes sentenças relacionadas à estrutura cristalina dos materiais.
i. Um sítio vago ou lacuna na rede cristalina que normalmente deveria estar
ocupado, mas no qual está faltando um átomo, é classi�cado como um
defeito linear.
ii. Contorno de grãos é um defeito bidimensional que consiste em um
desalinhamento cristalográ�co entre grãos adjacentes.
iii. A deformação plástica macroscópica corresponde simplesmente a uma
deformação permanente resultante do movimento das discordâncias.
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iv. Defeitos pontuais são imperfeições estruturais associados, principalmente,
à agitação térmica, enquanto os lineares estão associados à deformação
mecânica.
Está correto o que se a�rma em:
a) I e III, apenas.
b) II, III e IV, apenas.
c) I, III e IV, apenas.
d) I, II e III, apenas.
e) II e III, apenas.
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Muitos dos materiais, quando utilizados, estão sujeitos a forças ou cargas, a
exemplo da asa dos aviões, constituídas por uma liga de alumínio, e do eixo
de um automóvel, fabricado com aço. Nessas situações, é necessário
conhecer as características do material para que se possa projetar a peça
utilizando o material adequado, de modo que qualquer deformação
resultante não seja superior àquela que o material suporta e,
consequentemente, não ocorram fraturas. O comportamento mecânico de
um material corresponde à relação entre sua resposta ou deformação a uma
carga ou força aplicada. Entre as principais propriedades mecânicas dos
metais, destacam-se a resistência, a dureza, a ductilidade e a rigidez (GARCIA;
SPIN; SANTOS, 2010).
As propriedades mecânicas são motivos de preocupação para várias partes
(por exemplo, produtores e consumidores de materiais, organizações de
pesquisa, agências governamentais) que têm interesses diferentes.
Consequentemente, é imperativo que exista alguma consistência na maneira
com que os testes são realizados, bem como nas suas respectivas
interpretações dos resultados. Essa consistência é obtida usando técnicas de
Propriedades MecânicasPropriedades Mecânicas
dos Metaisdos Metais
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teste padronizadas. O estabelecimento e a publicação desses padrões são
frequentemente coordenados por sociedades pro�ssionais. Nos Estados
Unidos, a organização mais ativa é a Sociedade Americana de Testes e
Materiais (ASTM). Seu Livro Anual de Normas ASTM compreende numerosos
volumes, que são emitidos e atualizados anualmente. Um grande número
desses padrões refere-se a técnicas de teste mecânico (CALLISTER JUNIOR;
RETHWISCH, 2008).
Propriedades em Tração
O papel dos engenheiros estruturais consiste em determinar as tensões e as
distribuições de tensões nos membros sujeitos a cargas bem de�nidas. Isso
pode ser realizado por técnicas de teste experimental e/ou por análises de
estresse teórico e matemático. Esses tópicos são tratados na análise
tradicional de estresse e na força dos textos dos materiais. Os engenheiros
estão preocupados em fabricar materiais para atender aos requisitos de
trabalho, conforme previsto por essas análises de tensão. Para tanto, é
necessária a compreensão das correlações entre a microestrutura (isto é,
características internas) dos materiais e suas propriedades mecânicas.
Este tópico discute os comportamentos de tensão-deformação de metais,
cerâmicas e polímeros além de suas respectivas propriedades mecânicas.
Módulo de Elasticidade
O módulo de elasticidade é dado pela inclinação da curva tensão-deformação
na região em que a deformação é puramente elástica, ou seja, na parte inicial
do diagrama, na qual se tem apenas uma reta (GARCIA; SPIN; SANTOS, 2010). 
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Figura 2.13 - Diagrama tensão-deformação apresentando o módulo de
elasticidade 
Fonte: Adaptado de Callister Junior e Rethwisch (2008, p. 135).
A Figura 2.13 mostra o diagrama de tensão-deformação, com destaque para o
módulo de elasticidade, parte do diagrama em que se tem apenas um regime
linear. Assim, o módulo pode ser determinado pela equação 
Módulo de Resiliência
O módulo de resiliência é dado pela área abaixo da curva tensão-deformação,
na região em que a deformação é puramente elástica, e representa a
quantidade de energia que o sólido é capaz de absorver deformando-se de
forma puramente elástica. Depois, a remoção da carga permite a recuperação
dessa energia.
E = σ
ϵ
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Figura 2.14 - Diagrama tensão-deformação apresentando o módulo de
resiliência 
Fonte: Adaptado de Callister Junior e Rethwisch (2008, p. 145).
A   Figura 2.14 mostra o diagrama de tensão-deformação, explicitando o
módulo de resiliência.
Limite de Escoamento
O limite de escoamento (LE) é de�nido a partir do valor de tensão no qual a
deformação deixa de ser apenas elástica. Logo acima deste valor de tensão,
conhecido como limite de proporcionalidade, já ocorre uma deformação
plástica, ou seja, o material não tem mais a possibilidade de retornar ao seu
comprimento inicial. Na prática, é difícil de�nir esse limite de
proporcionalidade com precisão, de modo que é mais prático de�nir uma
tensão conhecida como LE (𝜎e) como sendo a tensão necessária para se
produzir uma pequena deformação plástica (𝜀p= 0,002). A Figura 2.15 mostra
um diagrama de tensão-deformação, explicitando o LE de um material
qualquer.
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Figura 2.15 - Diagrama tensão-deformação apresentando o LE 
Fonte: Adaptado de Callister (2008, p. 140).
Limite de Resistência à Tração
O limite de resistência (LR), ou limite de resistência à tração (LRT), é de�nido
como a máxima tensão de engenharia analisada durante o ensaio de tração,
ou seja, simplesmente o valor máximo de tensão atingido durante o ensaio. A
Figura 2.16 representa um diagrama tensão-deformação, apresentando o LR
de um determinado material.
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Figura 2.16 - Diagrama tensão-deformação apresentando o LR de um
determinado material 
Fonte: Adaptado de Callister Junior e Rethwisch (2008, p. 141).
Pode-se identi�car o tipo do material ensaiado a partir do local, no diagrama,
em que ocorrer o LR.
Metais: ocorre quando começa a formação da estricção.
Cerâmicas: ocorre quando começa a propagação das trincas.
Polímeros: ocorre quando o arcabouço está alinhado e prestes a
quebrar.
Ductilidade
A ductilidade representa a medida do grau de deformação plástica a qual o
material suportou até a fratura. Caso tenha suportado uma pequena
deformação plástica ao romper, este material é classi�cado como frágil ;
porém, se suportou uma grande deformação plástica ao romper, trata-se de
um material dúctil (GARCIA; SPIN; SANTOS, 2010). A Figura 2.17 mostra um
diagrama tensão-deformação, apresentando a ductilidade de materiais do
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tipo: frágil, com pequena porcentagem de alongamento (%Al abaixo de 5%), e
dúctil (se %Al for maior que 5%).
Figura 2.17 - Diagrama tensão-deformação apresentando a ductilidade de
materiais do tipo frágil e dúctil 
Fonte: Adaptado de Callister Junior e Rethwisch (2008, p. 143).
Tenacidade
A tenacidade é uma medida da quantidade de energia absorvida por um
material quando ele se deforma até a fratura, ou seja, é a energia total
relacionada à deformação elástica, somada à deformação plástica, e é
indicada pela área total sob a curva tensão-deformação de engenharia do
ensaio de tração, ou seja, pode ser medida a partir da área sob a curva
“tensão x deformação” até o ponto de ruptura (GARCIA; SPIN; SANTOS, 2010).
1. Cerâmicos: baixa tenacidade, mesmo apresentando elevado módulo
de elasticidade, possuem baixo alongamento;
2. Metálicos: alta tenacidade, pois apresentam elevado módulo de
elasticidade e elevado alongamento;
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3. Poliméricos: baixa tenacidade, mesmo apresentando alongamento
muito elevado, apresentam baixo módulo de elasticidade.
A   Figura 2.18 mostra o diagrama tensão-deformação, apresentando a
tenacidade para três diferentes tipos de materiais.
Figura 2.18 - Diagrama tensão-deformação apresentando a tenacidade para
três diferentes tipos de materiais 
Fonte: Adaptado de Callister Junior e Rethwisch (2008, p. 144).
Dureza
A dureza é a resistência de um material à deformação localizada, seja ao risco
ou ao atrito. Considera-se o material mais duro aquele que é capaz de riscar o
outro,  por exemplo, se eu preciso lixar ou polir um diamante é necessário de
outro diamante que seja tão duro quanto ele para realizar tal efeito. Dessa
forma, a �m de quanti�car a dureza de um mineral, utiliza-se a escala de
Mohs, que é formada por dez minerais organizados em ordem crescente de
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dureza, que vai do material menos duro (talco) até o mais duro (diamante)
(Figura 2.19).
Figura 2.19 - Escala de Mohs. 
Fonte: ReScBr / Wikimedia Commons.
Outra maneira de avaliar a dureza de um material é testar a sua capacidade
de ser ou não penetrado (indentado) por outro.
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reflita
Re�ita
Segundo Dias, Miranda e Godoy (2009), “o teste de indentação
Vickers tem sido muito utilizado para avaliação da dureza
super�cial em diferentes tipos de materiais. Devido à sua
versatilidade, esta metodologia também é utilizada para avaliar
diferentes propriedades mecânicas, como o módulo de Young
(E) e a tenacidade à fratura (KIC), principalmente em materiais
sinterizados como, por exemplo, o carboneto de tungstênio
com cobalto (WCCo)”.
Esse é um dos exemplos de milhares de trabalhos publicados
que apresentam dados do teste de indentação. Re�ita sobre o
assunto.
Fonte: Dias, Miranda e Godoy (2009).
O ensaio de indentação, ou ensaio de dureza, consiste em escolher uma
ponta, com todas suas características previamente conhecidas, e fazê-la
penetrar no material cuja dureza se deseja conhecer, aplicando uma carga
(força) conhecida (GARCIA; SPIN; SANTOS, 2010).
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O comportamento mecânico de um material corresponde à relação entre sua
resposta ou deformação a uma carga ou força aplicada. Considere que a curva
apresentada na �gura a seguir corresponde à curva de tensão versus deformação
de engenharia de um aço comumente empregado nas construções.
Considerando o diagrama apresentado, avalie as a�rmações a seguir.
i. A área associada à letra K representa o módulo de resiliência.
ii. O ponto I representa o limite de LR e, após esta tensão, começa o
fenômeno da estricção.
iii. A letra F representa a tensão de escoamento ou LE.
iv. A tenacidade pode ser representada pela soma das áreas K, L, M e N, e
representa a energia.
Está correto o que se a�rma em:
a) I e II, apenas.
b) II, apenas.
c) II e IV, apenas.
d) I, II e III e IV.
Fonte: Elaborada pelo autor.
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e) II, III e IV apenas.
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A compreensão do diagrama de fases é imprescindível para a engenharia,
pois é importante conhecer as propriedades dos materiais para a correta
execução de um projeto e o controle dos procedimentos. As microestruturas
e as propriedades mecânicas estão relacionadas entre si, e o diagrama de
fases oferece informações acerca dessa relação e dos fenômenos aos quais
são submetidos os materiais. Este tópico objetiva apresentar as terminologias
que estão ligadas aos diagramas de fases e às suas transformações, os
diagramas de pressão-temperatura para materiais puros, a interpretação
desses diagramas, os diagramas mais recorrentes e as microestruturas de
equilíbrio sob diversas circunstâncias (VAN VLACK, 1984).
De�inições e Conceitos
Para falarmos sobre ligas, fases e equilíbrio, é preciso se apropriar de algumas
terminologias comuns do diagrama de fases. Os componentes serão
apresentados como metais puros e/ou compostos que compõem uma
determinada liga. Um sistema pode ser compreendido como um corpo
Diagramas de FasesDiagramas de Fases
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especí�co de um material especí�co ou pode ser uma série de possíveis ligas
compostas pelos mesmos componentes, de maneira independente à
composição da liga (CALLISTER JUNIOR; RETHWISCH, 2008).
Limite de Solubilidade
O limite
de solubilidade pode ser de�nido como o ponto máximo em que um
sistema de ligas, sob uma determinada temperatura, pode se dissolver em
um solvente. A adição excessiva do soluto gera uma outra formação ou um
novo composto que não o esperado. O exemplo mais simples apresentado
para ilustrar o limite de solubilidade é o da água e do açúcar. Até um dado
momento, o açúcar (soluto) na água é plenamente dissolvido e compõe um
xarope (CALLISTER JUNIOR; RETHWISCH, 2008). No entanto, a partir de uma
dada quantidade, o açúcar já não se dissolve plenamente no solvente (água),
gerando a composição de xarope e cristais de açúcar que não foram
dissolvidos. A Figura 2.20 mostra o efeito da temperatura nessa relação de
solubilidade.
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Figura 2.20 - Diagrama de fases água - açúcar 
Fonte: Adaptado de Callister Junior e Rethwisch (2008, p. 242).
Fases
O conceito de fase é determinante para a compreensão do diagrama de fases.
Em uma fase, é possível identi�car uma porção homogênea de um sistema
com características semelhantes e uniformes, química e �sicamente. Os
materiais puros são considerados unifásicos, assim como as soluções em
estado líquido, sólido ou gasoso. Para cada fase, haverá características
próprias, com propriedades físicas e químicas distintas. Mesmo que haja
diferentes fases em um mesmo sistema, para cada uma delas haverá
propriedades individuais, e será possível observar uma mudança brusca que
as separam uma das outras. Nesses casos de diferentes fases em um mesmo
sistema, a mera distinção em relação a uma das propriedades (seja ela física
ou química) já implica a separação entre elas, não sendo necessário que haja
diferença nas duas. Os sistemas heterogêneos, como são conhecidos os
sistemas compostos por duas fases ou mais, contemplam a maioria das ligas
metálicas e os sistemas cerâmicos, poliméricos e compósitos.
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Figura 2.21 - Diferentes tipos de fases em escala atômica 
Fonte: Adaptado de Callister Junior e Rethwisch (2008).
O próprio sistema multifásico gera, devido à interação entre as fases,
características diferentes e mais atrativas do que as de uma fase separada
(CALLISTER JUNIOR; RETHWISCH, 2008) (Figura 2.21).
Microestrutura
Compreendendo o conceito de fase, �ca mais simples a de�nição da
microestrutura, uma vez que essa é caracterizada pela quantidade de fases,
suas propriedades e proporções, bem como pela maneira como se organizam
e se distribuem. A microestrutura só pode ser observada a partir do auxílio de
aparelhos ópticos e eletrônicos. A microestrutura de uma liga está
diretamente relacionada aos elementos contidos nela, assim como às suas
concentrações e ao tratamento térmico dado (GARCIA; SPIN; SANTOS, 2010). A
Figura 2.22 mostra uma microestrutura de liga chumbo-estanho com duas
fases distintas.
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Figura 2.22 - Microestrutura da liga chumbo-estanho apresentado duas fases
diferentes: alfa (fase escura) e beta (fase clara) 
Fonte: Adaptado de Callister Junior e Rethwisch (2008, p. 262).
Regra da Alavanca
No estudo das ligas, em especial as ligas metálicas, é muito importante a
 identi�cação das fases e da sua microestrutura. Parte desse estudo consiste
na determinação da quantidade relativa de uma fase para uma dada
condição, o que é realizado  utilizando a regra da  alavanca . A Figura 2.23
representa o  diagrama de fases de uma liga hipotética do sistema A-B, com a
aplicação da regra da alavanca.
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Figura 2.23 - Diagrama de fase de uma liga hipotética do sistema A-B com a
aplicação da regra da alavanca 
Fonte: Adaptado de Callister Junior e Rethwisch (2008, p. 246).
A partir do diagrama que possui duas fases, alfa (𝛼) e beta (𝛽), e da aplicação
da regra da alavanca, pode-se determinar a quantidade de cada fase
utilizando as equações a seguir.
onde:
Co: concentração da liga;
C𝛼: concentração de B na fase 𝛼
C𝛽: concentração de B na fase 𝛽
%α: quantidade relativa da fase 𝛼
%α =  x 100%
Cβ  − Co
Cβ  − Cα
%β =  x 100%
Cα  − Co
Cβ  − Cα
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%β: quantidade relativa da fase 𝛽 (CALLISTER JUNIOR; RETHWISCH, 2008).
praticar
Vamos Praticar
O diagrama de fases do sistema de ferro-carbeto de ferro é, possivelmente, de
todos os sistemas de ligas binárias, o mais importante. Esse diagrama está
representado na �gura a seguir.
Considerando o diagrama de fase apresentado, analise as a�rmações a seguir.
i. O percentual de cementita no ponto X é maior que no ponto Z.
ii. A liga com 0,5 % de C, à temperatura de 726°C, tem aproximadamente
63,9% de perlita em sua microestrutura.
Fonte: Adaptado de Callister Junior e Rethwisch(2008, p. 272).
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iii. A liga com 92,8 % de 𝛼, à temperatura de 726°C, é classi�cada como
hipereutetoide.
iv. A liga, no ponto X, tem, na fase austenita, um teor de carbono de 0,77 %.
Está correto o que se a�rma em:
a) I, II e III, apenas.
b) II e IV, apenas.
c) III e IV, apenas.
d) I e IV, apenas.
e) II e III, apenas.
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indicações
Material
Complementar
LIVRO
Fundamentos de Engenharia e Ciência dos
Materiais
William F. Smith e Javad Hashemi
Editora: AMGH
Edição : 5
ISBN: 13: 978-8580551143
Comentário: O livro, já na versão em português, é de
grande ajuda na compreensão dos conteúdos
abordados nesta unidade. Para o tema de diagramas
de fases, em em especial, recomenda-se a leitura do
capítulo 8.
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FILME
Aço
Ano: 2004
Comentário: O �lme apresenta um resumo sobre a
produção do aço em escala industrial e faz uma relação
com todo o avanço tecnológico que a humanidade
obteve a partir do domínio das técnicas de fabricação e
processamento dos aços.
Para conhecer mais sobre o �lme, acesse o trailer
disponível. Acesso em: 27 jan. 2020.
TRA ILER
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conclusão
Conclusão
Esta unidade apresentou uma breve visão sobre a estrutura básica dos
materiais cristalinos, que se formam a partir de uma unidade básica
conhecida como célula unitária, formando, na sequência, um sistema
cristalino e, depois, o que chamamos de estrutura cristalina, bem as
diferenças entre os materiais cristalinos e amorfos. Durante a formação dos
materiais, sempre haverá a presença de defeitos, que nem sempre irão
proporcionar ao material características negativas, sendo sua presença
desejada, sejam eles pontuais, lineares ou de outros tipos. Na seção que
apresenta as propriedades mecânicas, foi apresentada a tensão e a
deformação, em especial as propriedades relacionadas com o ensaio de
tração, a exemplo do comportamento elástico - comportamento reversível,
que comumente mostra uma relação linear entre a tensão e a deformação e
do