3 LIGAÇÖES QUÍMICAS

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A Propriedade de qualquer material depende 
da sua microestrutura, que por sua vez 
depende da sua estrutura atômica e de 
defeitos relacionados.
Composição Química: tipos de átomos e 
tipos de ligações atômicas que eles formam
CONCEITOS FUNDAMENTAIS
• Cada átomo é composto por:
– Núcleo prótons e nêutrons.
– Elétrons, que circundam o núcleo.
• Elétrons e prótons são carregados eletricamente.
– Elétrons tem carga negativa; prótons tem carga positiva; nêutrons não 
tem carga.
– A magnitude da carga do próton e do elétron 1,602 x 10-19C.
• As massas são muito pequenas:
– Prótons e nêutrons possuem massas quase iguais e que valem
respectivamente 1,673 x 10-27kg e 1,675 x 10-27kg.
– Elétrons tem massa igual a 9,1095 x 10-31kg.
• Cada elemento químico é caracterizado:
– Pelo seu número atômico número de prótons dentro do núcleo.
– Pela sua massa atômica soma do número de prótons e do
número de nêutrons dentro do núcleo.
Maior facilidade em
ceder elétrons
= CÁTIONS
Maior facilidade em
ganhar elétrons
= ÂNIONS
Inertes
Escala de Eletronegatividade de Pauling
ELETRONEGATIVIDADE: “PODER QUE UM ÁTOMO TEM DE ATRAIR ELÉTRONS PARA SI”
REGRA GERAL: A ELETRONEGATIVIDADE DE UM ELEMENTO AUMENTA AO SE DESLOCAR DA
ESQUERDA PARA DIREITA E DE BAIXO PARA CIMA
-Polímeros: carbono pertencente ao grupo 14
-Cerâmica: geralmente combinações de vários 
elementos dos Grupos 1 a 15 e elementos como O, C e N
-Metais: em geral, grupos 1 e 2 , além dos metais de 
transição
Eletronegatividade “afinidade que um átomo tem por
elétrons”
ü Maior facilidade em ceder elétrons = CÁTIONS
ü Maior facilidade em receber elétrons = ÂNIONS
A diferença de eletronegatividade define o tipo de ligação
química que ocorrerá entre os átomos, por consequência, o
tipo de material.
ü Quando a diferença de eletronegatividade for grande a
ligação será mais iônica, pois haverá transferência de
elétrons.
ü Quando a diferença de eletronegatividade for pequena a
ligação ocorrerá por compartilhamento de elétrons, com
ligações mais covalentes.
FORÇAS E ENERGIAS DE LIGAÇÃO
•Quando dois átomos se aproximam, eles exercem uma força um no 
outro:
onde:
FA = força de atração
FR = força de repulsão
FN =força resultante
• A energia potencial (EN) será dada por:
onde:
r = distância interatômica
Uma compreensão de muitas das propriedades físicas dos materiais está 
baseada no conhecimento das forças interatômicas que unem os átomos.
Forças de atração e de repulsão em
função da distância interatômica r
para dois átomos isolados
Energia potencial em função da
distância interatômica r para
dois átomos isolados
• Propriedades Mecânicas
Ø Em escala atômica, a deformação plástica é
manifestada como uma pequena alteração na
distância interatômica e na energia da ligação.
Ø Quanto maior o poço de potencial, maior será a
energia de ligação maior a resistência à separação
de átomos adjacentes.
Ø Propriedades mecânicas tais como módulo de
elasticidade e dureza são dependentes da energia de
ligação.
r0
Ø A inclinação da curva no ponto de equilíbrio dá a força necessária para separar os 
átomos sem promover a quebra da ligação. 
Ø Os materiais que apresentam uma inclinação grande são considerados materiais 
rígidos. Já os materiais que apresentam uma inclinação mais tênue são bastante 
flexíveis. 
Módulo de
Elasticidade
Ligação Forte
Ligação Fraca
Obs.: IAE = energia interatômica
Coeficiente de 
Expansão 
Térmica
Pontos de fusão
e de ebulição
• Materiais que apresentam grandes energias de 
ligação (= poços de potencial profundos) também 
apresentam temperaturas de fusão e de ebulição 
elevadas.
ENERGIAS DE LIGAÇÃO E 
TEMPERATURAS DE FUSÃO PARA 
VÁRIAS SUBSTÂNCIAS
Há quatro mecanismos pelos quais os átomos dos
materiais usados em engenharia são unidos:
1-Ligações Iônicas;
2- Ligações Covalentes;
3- Ligações Metálicas ; e
4- Ligações de van der Waals.
Nos três primeiros mecanismos, as ligações são
relativamente fortes-Ligações Primárias. As ligações de
van der Waals, Ligações Secundárias, são relativamente
mais fracas.
Exemplo: Cloreto de sódio - tanto 
o cátion Na+ quanto o ânion Cl –
ficam com seus orbitais externos 
completos.
Ligações Primárias – Ligação Iônica
• Os sólidos com ligação iônica são também
mecanicamente resistentes devido a alta energia de
ligação.
• A condutividade elétrica dos sólidos com ligações
iônicas é bastante limitada. Devido as dimensões dos
íons, estes não se movimentam facilmente como os
elétrons. Aplicações tecnológicas pela condução elétrica
decorrente do movimento de íons: revestimentos
condutores de óxido de estanho-índio sobre vidro (para
telas sensíveis ao toque em display).
• Ligações que variam 150-370 kJ/mol
•Envolve a transferência de elétrons de um átomo para outro.
•A ligação é não-direcional.
•Grande diferença de eletronegatividade entre os elementos.
•A ligação iônica resulta da atração eletrostática entre dois íons de cargas opostas
•Ligação predominante nos materiais cerâmicos.
Ligações Primárias – Ligação Covalente
Representação esquemática 
da
ligação covalente na 
molécula
de metano ( CH4 )
• Ligações que variam 125-300kJ/mol
• Envolve o compartilhamento dos elétrons de valência de
átomos adjacentes.
• A ligação resultante é altamente direcional.
• Pequena diferença de eletronegatividade entre os
elementos.
• Ligações bastante fortes-materiais com este tipo de
ligação são muito resistentes de duros
•Materiais Cerâmicos exemplificam este tipo de ligação:
Diamante (C), carbeto de silício (SiC), nitreto de silício
(SiN4) e o nitreto de boro (BN)-ponto de fusão elevado
tornando úteis em aplicações em temperaturas elevadas e
cria desafios ao processamento.
Representação esquemática da ligação covalente na
sílica ( SiO 2)
• Si valência 4 e compartilha elétrons com 4 átomos
de oxigênio. Oxigênio valência 6 e compartilha com
2 átomos de silício-resulta em uma estrutura
tetraédrica.
Ligações Primárias – Ligação Metálica
Ilustração esquemática da ligação 
metálica
• Átomos dos metais possuem de um a três
elétrons de valência.
• Ligações que variam 25-200 kJ/mol.
• A ligação resultante é não- direcional - Boa
condutividade.
• Materiais com módulo de elasticidade
relativamente elevados – ligação forte
• Boa ductilidade, pois suas ligações não são
direcionais. Ductilidade- capacidade dos
materiais de serem alongados ou dobrados
sem se romper.
• Ligações encontradas nos metais e suas
ligas.
• Os elétrons de valência passam a se comportar como elétrons “livres” :
–Apresentam a mesma probabilidade de se associar a um grande número de
átomos vizinhos.
–Formam uma “nuvem eletrônica” .
-Os núcleos , positivamente carregados, ficam unidos pela atração mútua com os
elétrons, produzindo, assim, uma forte ligação metálica.
Ligações Secundárias ou de Van der Waals
•Ligações menores do que 10kJ/mol.
• As ligações secundárias são
substancialmente menores.
• Não ocorre transferência ou
compartilhamento de elétrons.
• O mecanismo de ligação é semelhante
à ligação iônica (atração de cargas
opostas).
• (PVC)-Átomos de Cl possuem carga
negativa, os átomos de hidrogênio
carga positiva.
• Quando uma força é aplicada ao
polímero, as ligações de van der
Waals são rompidas e as cadeias se
deslizam umas em relação as outras.
Ligações de Van de Waals
no PVC (entre duas 
moléculas distintas)
BIBLIOGRAFIA
ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO
PAULO
Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais
PMT 2100 - Introdução à Ciência dos Materiais para
Engenharia
2º semestre de 2005
Ciência e Engenharia dos Materiais- Donald R. Askeland,
Pradeep P. Phulé-2008