propriedades dos compostos metálicos

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Propriedades dos Metais
Resposta do material a solicitação externa ou de serviço, 
independentemente da geometria e tamanho. 
Ex: Propriedades mecânicas, elétricas, térmicas, magnéticas, óticas 
e químicas. 
• Em maior ou menor grau, os metais experimentam algum 
tipo de interação com ambientes diversos.
• O ouro e a platina são atacados somente pela água-régia;
• o aços inoxidáveis são sensíveis à presença do íon cloreto;
HNO3 + 3 HCl
Propriedades Químicas
• o alumínio, embora possa resistir aos ácidos oxidantes 
como o nítrico, não resiste ao ácido clorídrico e às
soluções aquosas de bases fortes como, por exemplo, 
hidróxido de sódio;
• o cobre e suas ligas sofrem corrosão acentuada em 
presença de soluções amoniacais e em ácido nítrico;
• o titânio sofre corrosão em ácido fluorídrico, embora seja 
resistente a outros meios ácidos.
•Apesar da estabilidade adquirida pela ligação 
metálica, os metais, geralmente, são mais reativos 
que cerâmicos e polímeros, tanto é que na natureza, 
aparecem, em maioria, na forma de óxidos.
•A degradação dos metais envolve reações químicas, 
sendo fonte de estudo de muitos pesquisadores.
Não tem como eliminar 
totalmente a oxidação, 
mas sim retardar o 
processo protegendo o 
metal contra ela.
Metalurgia: ΔG>0
Corrosão: ΔG<0
Reação não 
espontânea
Reação 
espontânea
Corrosão uniforme
Corrosão galvânica
Corrosão por frestas
Lixiviação seletiva
Corrosão por pites:
Corrosão intergranular
Corrosão sob tensão
Principais tipos de corrosão
Esse assunto será visto em maiores detalhes na disciplina de corrosão.
Corrosão uniforme
As reações de oxidação e de redução ocorrem aleatoriamente na superfície 
exposta da peça, o que resulta em superfícies com o mesmo grau de corrosão. 
Corrosão galvânica
Ocorre quando dois metais de composições químicas diferentes e em contato mútuo 
são expostos a um eletrólito. Nesse meio específico, o metal menos nobre (o mais 
reativo) sofrerá corrosão, e o metal mais nobre será protegido contra ela.
Corrosão por frestas
Ocorre em frestas nas quais a água consegue penetrar. As condições do líquido estagnado e o 
empobrecimento do oxigênio favorecem o enriquecimento em íons de hidrogênio, os quais acabam 
tornando o pH ácido e corrosivo.
Corrosão por pites
Ocorre em metais passivos na presença de íons cloreto. Os íons cloreto rompem localmente a película 
passiva. Como as condições são de estagnação no interior do pite, forma-se aí uma solução ácida, o que 
possibilita um rápido crescimento do pite para o interior do material. 
Corrosão sob tensão
Causada pela ação simultânea de tensões trativas e meio corrosivo. Na indústria de processos 
químicos ela é uma das principais causas de falhas em serviço
Série Galvânica
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Esses valores de 
potenciais padrão de 
redução foram 
determinados 
experimentalmente, 
tendo como eletrodo 
padrão de referência de 
hidrogênio.
Eles fornecem a tendência 
relativa de diversas 
espécies químicas serem 
reduzidas ou oxidadas.
Oxidam 
mais 
facilmente
São mais 
resistentes
Passividade
• Alguns metais e ligas normalmente ativos, sob condições 
ambientais específicas, perdem a sua reatividade química e 
se tornam extremamente inertes.
• Esse fenômeno é exibido pelo cromo, níquel, titânio e muitas 
das ligas desses metais.
• A resistência do aço inoxidável à 
corrosão deve-se à adição de pelo 
menos 11% de cromo. 
• O cromo combina-se com o oxigênio 
e forma uma película aderente de 
óxido de cromo.
Ex: Passividade do Cromo
• O alumínio reage muito mais facilmente 
com o oxigênio do que o ferro. 
• Um pedaço de alumínio recém-cortado 
rapidamente adquire uma camada de 
óxido de alumínio, Al2O3. 
• Entretanto, essa camada de Al2O3 adere 
fortemente à superfície do alumínio, 
protegendo a peça e impedindo que a 
corrosão prossiga.
Ex: Passividade do Alumínio
Diagrama tensão-deformação de um metal 
Propriedades Mecânicas
Sugestão de vídeo:
https://www.youtube.com/watch?v=D8U4G5kcpcM&t=3s
Como é determinada 
as propriedades 
mecânicas?
https://www.youtube.com/watch?v=D8U4G5kcpcM&t=3s
• Capacidade de um material 
resistir à deformação 
plástica.
• A maioria das estruturas 
são projetadas para 
assegurar que apenas a 
deformação elástica irá 
resultar quanto a aplicação 
de uma tensão.
Em geral metais deformam entre 0,2 e 0,5%. 
Escoamento
• Representa uma medida do 
grau de deformação plástica 
que foi suportada até a 
fratura. 
• O material que apresenta 
deformação plástica muito 
pequena (<5%), ou nenhuma, 
é considerado frágil.
Ductilidade
• Quantidade de energia que o material 
absorve até a fratura.
• Geralmente materiais tenazes são aqueles 
que apresentam alta ductilidade e alta 
resistência a fratura.
• A geometria do corpo de prova e a maneira 
que a carga é aplicada influi bastante nesse 
ensaio.
Representada pela 
área abaixo da curva.
Tenacidade
• A inclinação (coeficiente angular) 
deste segmento linear corresponde 
ao módulo de elasticidade E. 
• Esse módulo pode ser considerado 
como sendo a rigidez, ou a 
resistência do material à 
deformação elástica. 
• Quanto maior for esse módulo, 
mais rígido será o material ou 
menor será a deformação elástica 
que resultará da aplicação de uma 
dada tensão.
Módulo de elasticidade
• É a capacidade que o material tem de absorver energia quando 
ele é deformado elasticamente e depois, com o descarregamento, 
ter essa energia recuperada.
Limite de elasticidade
Resiliência
Resiliência
Resistência à fadiga
Repetidas aplicações de 
tensões (tensões dinâmicas)
Como é determinada a resistência à fadiga?
Ensaio de fadiga: https://www.youtube.com/watch?v=hASl6d3z3BM
As propriedades de fadiga podem ser simuladas em laboratório.
Corpo de prova de acordo com norma 
técnica ou diretamente no produto final.
Máquina de 
ensaio universalMáquina de ensaio de fadiga
https://www.youtube.com/watch?v=hASl6d3z3BM
• Resistência de um material a uma deformação plástica localizada.
• Existem diferentes ensaios de dureza:
‒ Dureza Rockwell
‒ Dureza Brinell
‒ Dureza Vickers
‒ Knoop
• A escolha do método dependerá do tipo de material, amostra entre outros...
Dureza
Equipamento de dureza Vickers. 
Um indentador desce sob carga 
pre-definida sobre a amostra 
metálica
Vista em corte do ensaio mostrando o 
indentador penetrando a peça metálica.
O tamanho da impressão (losango) causada na 
peça se refere a resistência à deformação plástica 
gerada pelo material frente a força do indentador
contra ela.
Quanto maior a endentação (losango) menor a 
dureza (menor a resistência à deformação 
plástica).
Vista de topo da amostra ensaiada.
•O que acontece quando a luz incide em uma superfície?
•Quando a luz segue de um meio para outro, uma parte 
da radiação luminosa pode ser transmitida, outra 
absorvida e outra refletida.
Propriedades Ópticas
• Por "propriedade óptica" subentende-se a resposta de um material à 
exposição da radiação eletromagnética e, em particular, com a luz visível.
violeta anil azul verde amarelo alaranjado vermelho
Raios gama raio x ultravioleta visível infravermelho micro-ondas rádio
A luz branca consiste 
simplesmente na mistura 
de todas as cores.
O que acontece quando a luz incide em uma 
superfície?
• Quando a luz segue de um meio para outro, uma parte da 
radiação luminosa pode ser transmitida, outra absorvida e outra 
refletida.
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Transição de energia dos elétrons
Estado fundamental
Elétron excitado
• Considere um átomo isolado, onde um elétron pode ser excitado de um 
estado de menor energia para outro de maior energia, ao retornar para o 
estado fundamental, ocorre a liberação de energia por meio de um fóton.
Fóton: pacotes de 
energia 
quantizados 
(unidade quântica 
de energia 
eletromagnética).
Fenômenos da luz quando a luz entra em contato 
com um corpo
Transmitida (Refração) Reflexão Absorção
Propriedadesópticas dos metais
• Os metais são opacos para os 
espectros de frequências, desde as 
ondas de rádio, passando pelas 
radiações infravermelha e visível, 
até aproximadamente a metade da 
radiação ultravioleta. 
(𝑟𝑎𝑖𝑜𝑠 𝛾)
• Os metais são transparentes às 
radiações de alta frequência:
O brilho característico dos metais é 
devido à mobilidade dos elétrons. 
Quando uma onda de luz 
incide na superfície de um 
metal , os elétrons oscilam 
irradiando luz (brilho que 
enxergamos)
Propriedades ópticas dos metais
• A refletividade para a maioria dos metais encontra-se entre 
0,90 e 0,95.
• Uma pequena fração da energia dos processos de decaimento 
eletrônico é dissipada na forma de calor.
Propriedades ópticas dos metais
Uma vez que os metais são altamente refletivos, a cor percebida é 
determinada pelo comprimento de onda da radiação que é refletida (e 
não absorvida). Quando a luz de uma determinada cor atinge a 
superfície de um metal, os elétrons da superfície oscilam dando origem 
a uma onda eletromagnética que percebemos com a reflexão da fonte.
O espelho é formado por um sanduíche, 
tendo uma lâmina de vidro, uma camada de 
prata e tinta. A camada de prata é 
responsável pela reflexão.
Responsável 
pela reflexão
Propriedades ópticas dos metais
• Uma aparência prateada brilhante quando o material é 
exposto à luz branca indica que o metal é altamente refletivo 
ao longo de toda a faixa do espectro visível.
• Por exemplo, o alumínio e a prata são dois metais que 
exibem esse comportamento refletivo. 
• O cobre e o ouro possuem aparência vermelho-alaranjada e 
amarela, respectivamente, pois uma parte da energia que 
está associada aos fótons de luz com menores comprimentos 
de onda não é reemitida na forma de luz visível.
Alumínio
Prata
Ouro
Cobre 
Propriedades ópticas dos metais
Cor do metal: distribuição dos comprimentos de onda refletidos
400 a 450 nm – violeta
450 a 500 nm – azul
500 a 550 nm – verde
550 a 600 µm – amarelo
600 a 650 nm – laranja
650 a 700 nm – vermelho
A prata reflete eficientemente quase todos os 
comprimentos de onda do espectro visível, por isso 
sua cor esbranquiçada.
O ouro reflete quase que completamente a luz 
vermelha e a amarela..
•O que acontece quando mudamos a temperatura de um 
material?
•Variação dimensional;
•Dilatação ou expansão térmica (em aquecimento);
•Contração (no resfriamento);
•Calor é absorvido ou transmitido;
• Transformações de fases.
Propriedades Térmicas
Por que estudar as Propriedades Térmica dos 
Metais?
• As decisões referentes à seleção de materiais para 
componentes que devem ser expostos a temperaturas 
elevadas ou extremamente baixas, ou alterações de 
temperaturas e gradientes térmicos, exigem que se tenha uma 
boa compreensão dos fenômenos térmicos dos metais.
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Propriedade térmica é a resposta de um material à aplicação 
de calor.
À medida que um 
sólido absorve 
energia na forma 
de calor, a sua 
temperatura 
aumenta, assim 
como também 
aumentam as 
suas dimensões.
Capacidade Calorífica
• Um material sólido, quando aquecido, experimenta um aumento 
de temperatura, o que significa que alguma energia foi absorvida. 
Ti = 20°C
Q= 1000cal
Tf = 24°C
Ti = 20°C
Q= 1000 cal
Tf = 44°C
alumínio
madeira Qual dos dois materiais 
apresenta maior 
capacidade calorífica?
A capacidade calorífica representa a quantidade de energia para 
produzir um aumento unitário de temperatura. 
Calor 
específico: É a 
quantidade de 
calor que um 
grama de uma 
substância 
recebe ou cede 
para que sua 
temperatura se 
altere de 1oC.
Podemos 
interpretar como 
a dificuldade de 
variar a 
temperatura de 
um material , ou 
seja, quanto 
maior o calor 
específico maior 
a quantidade de 
calor necessária 
para variar a 
temperatura.
Capacidade Calorífica Vibracional
Os átomos nos 
materiais sólidos estão 
constantemente 
vibrando a frequências 
muito altas e com 
amplitudes 
relativamente 
pequenas.
Na maioria dos sólidos a principal modalidade 
de assimilação da energia térmica é pelo 
aumento da energia vibracional dos átomos.
Representação 
esquemática da geração de 
ondas reticulares em um 
cristal por meio de 
vibrações atômicas.
Posições normais dos átomos na rede cristalina
Posições deslocadas dos átomos devido às vibrações
Fônons
O aquecimento até temperaturas sucessivamente elevadas aumenta a energia vibracional.
Expansão Térmica
• De uma perspectiva atômica, a 
expansão térmica é refletida por 
um aumento na distância média 
entre os átomos.
• A expansão térmica pode ser: 
linear, volumétrica e superficial.
T2 > T1
T1
Expansão térmica linear
Consiste na variação considerável de 
apenas uma dimensão. Como, por 
exemplo, em barras, cabos e fios.
Mudança de 
volume no 
ferro: A 
mudança de 
volume 
também pode 
decorrer da 
mudança de 
fase.
A mudança de volume ocorre quando o FeCCC
é aquecido e transforma-se em FeCFC. 
Na transformação o parâmetro de rede muda 
de aCCC = 2,863A para aCFC = 3,591A.
Expansão térmica 
volumétrica
Dilatação ocorre nas três 
dimensões de um sólido (largura, 
comprimento e altura).
T1 T2 > T1
Expansão térmica superficial
http://www.tribunapr.com.br/noticias/parana/forte-calor-faz-concreto-dilatar-na-avenida-iguacu/
Quando a dilatação é predominante 
na área do corpo.
Para cada classe de materiais (metais, cerâmicas e polímeros), quanto 
maior for a energia da ligação atômica, menor a expansão térmica.
Condutividade Térmica
• O calor é transportado em materiais sólidos tanto através das 
ondas de vibração do retículo (fônons), como através dos elétrons 
livres.
• Os elétrons livres em uma região quente da amostra aumentam 
sua energia cinética. Então eles migram para as áreas mais frias, 
onde uma parte dessa energia cinética é transferida para os 
próprios átomos (na forma de energia vibracional).
Condutividade Térmica em Metais
• A condutividade térmica total aumenta com o aumento das 
concentrações de elétrons livres, uma vez que mais elétrons 
estão disponíveis para participar nesse processo de 
transferência de calor.
• Em metais o mecanismo de transporte de calor é muito mais 
eficiente com elétrons do que a contribuição dos fônons.
Efeito do zinco em solução 
sólida na condutividade 
térmica do cobre: Quanto 
maior a quantidade de 
zinco (impureza), menor a 
condutividade térmica.
O que podemos concluir?
Os metais possuem melhor 
condutividade devido aos 
elétrons livres e as espumas 
possuem pior condutividade 
tanto pelo fato de não terem 
elétrons livres como também 
pela presença de poros.
O movimento ordenado de 
cargas elétricas é o que 
determina a corrente elétrica.
Propriedades Elétricas
Resistividade
• Propriedade específica de cada 
material que define o quanto 
ele se opõe à passagem de uma 
corrente elétrica.
Condutividade elétrica
• É um indicativo da facilidade como que um material é capaz de conduzir 
uma corrente elétrica.
𝜎 =
1
𝜌
Inverso da resistividade
Uma vez que os defeitos cristalinos 
servem como centros de espalhamento 
para os elétrons de condução nos 
metais, o aumento do número destes 
também aumenta a resistividade (ou 
diminui a condutividade).
A concentração dessas imperfeições 
depende da temperatura, da 
composição e do grau de deformação a 
frio de uma amostra de metal.
Resistividade elétrica à temperatura ambiente em 
função da composição para ligas Cu-Ni.
Eventos de 
espalhamento
Movimento líquido do elétron
Influência das Impurezas
O aumento da temperatura e a deformação plástica 
também diminuem a condutividade elétrica dos metais.
Por que?
Aumentam a quantidade defeitos cristalinos, 
dificultando a passagem dos elétrons. 
• Magnetismo é um fenômeno 
onde os materiais impõem uma 
força atrativa ou repulsiva sobre 
outros materiais.
Propriedades Magnéticas
Qualquer metal é atraído por imã?
• Não, dependerá do emparelhamento/desemparelhamento do par de 
elétrons.
Elétrons emparelhados: não atrai, fraca repulsão.Poucos elétrons desemparelhados: atrai fracamente.
Muitos elétrons desemparelhados: atrai fortemente).
Origem do campo magnético
As propriedades magnéticas dos 
materiais têm sua origem na 
estrutura eletrônica dos átomos. 
Dois tipos os movimentos, associados 
ao elétron explicam a origem dos 
momentos magnéticos: o momento 
angular orbital do elétron, e o 
momento angular do “spin” do 
elétron
Momento 
magnético 
relacionado ao 
movimento ao 
longo do eixo de 
rotação (elétron ao 
redor do eixo).
Momento 
magnético 
relacionado ao 
movimento orbital 
ao redor do núcleo 
(elétron em órbita).
• Os tipos de magnetismo são o diamagnetismo, o paramagnetismo e o 
ferromagnetismo; além destes, o antiferromagnetismo e o 
ferrimagnetismo são considerados subclasses do ferromagnetismo. 
• Todos os materiais exibem pelo menos um desses tipos, e o 
comportamento depende da resposta do elétron e dos dipolos magnéticos 
atômicos à aplicação de um campo magnético aplicado externamente.
• As substâncias ferromagnéticas são fortemente atraídas pelos ímãs. Já as 
substâncias paramagnéticas e diamagnéticas são, na maioria das vezes, 
denominadas de substâncias não magnéticas, pois seus efeitos são muito 
pequenos quando estão sobre a influência de um campo magnético.
Diamagnetismo
• O diamagnetismo é uma forma muito fraca de magnetismo que é não 
permanente e que persiste somente enquanto um campo externo está 
sendo aplicado.
Na ausência de 
campo externo, não 
existem dipolos
Na presença de campo externo, são 
induzidos dipolos que estão alinhados 
na direção oposta à direção do campo
Exemplo: Cu, Au, Ag, Zn, 
Pb, etc...
Paramagnetismo
• Resulta quando materiais com elétrons desalinhados, se alinham 
preferencialmente através de rotação, com aplicação de um campo 
magnético externo.
Domínios 
magnéticos 
desalinhados.
Domínios 
magnéticos 
alinhados.
São materiais fracamente 
atraídos por imãs.
Ex: Al, Ti, Mg, Cr, Pt, Sn
Ferromagnetismo
• Certos materiais metálicos possuem um momento magnético 
permanente na ausência de um campo externo e manifestam 
magnetizações muito grandes e permanentes.
São exibidas pelos metais de transição ferro 
(como ferrita α CCC), cobalto, níquel e alguns 
dos metais terras-raras, como o gadolínio (Gd).
Alinhamento dos dipolos atômicos 
para um material ferromagnético.
Domínios: regiões com orientação 
magnética.
Antiferromagnetismo
• É o ordenamento dos momentos magnéticos na mesma direção, 
porém em sentidos inversos (alinhamento antiparalelo).
O oxido de manganês
(MnO) é um material que exibe esse 
comportamento
Esse fenômeno de pareamento do momento magnético entre átomos ou 
íons adjacentes ocorre em materiais que não são ferromagnéticos.
Bons estudos!