Estrutura e Ligações dos Materiais

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PRINCÍP. DA CIÊNCIA E TEC. DOS MATERIAIS
Iran Aragão
AULA 02
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Objetivo da aula
Ao final desta aula, você deverá conhecer:
1. Estrutura da Matéria; 2. A malha cristalina; 3. Tipos principais de estruturas cristalinas; 4. Estrutura cristalina dos Metais.
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 Conceitos básicos:
 Importância das ligações metálicas, iônicas e covalentes, na classificação dos metais, cerâmicos e polímeros;
INTRODUÇÃO
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 Conceitos básicos:
 Importância das ligações metálicas, iônicas e covalentes, na classificação dos metais, cerâmicos e polímeros;
INTRODUÇÃO
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 Conceitos básicos:
 Importância das ligações metálicas, iônicas e covalentes, na classificação dos metais, cerâmicos e polímeros;
 conhecer as estruturas cristalinas dos materiais. Relacionar esta análise com o comportamento mecânico durante seu emprego;
INTRODUÇÃO
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 Conceitos básicos:
 Importância das ligações metálicas, iônicas e covalentes, na classificação dos metais, cerâmicos e polímeros;
 conhecer as estruturas cristalinas dos materiais. Relacionar esta análise com o comportamento mecânico durante seu emprego;
INTRODUÇÃO
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 As propriedades macroscópicas dos materiais dependem essencialmente do tipo de ligação entre os átomos.
 O tipo de ligação depende fundamentalmente dos elétrons.
 Os elétrons são influenciados pelos prótons e nêutrons que formam o núcleo atômico.
 Os prótons e nêutrons caracterizam quimicamente o elemento e seus isótopos.
LIGAÇÃO ATÔMICA
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 As propriedades macroscópicas dos materiais dependem essencialmente do tipo de ligação entre os átomos.
 O tipo de ligação depende fundamentalmente dos elétrons.
 Os elétrons são influenciados pelos prótons e nêutrons que formam o núcleo atômico.
 Os prótons e nêutrons caracterizam quimicamente o elemento e seus isótopos.
LIGAÇÃO ATÔMICA
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 Os materiais são constituídos por átomos que, no estado sólido, se mantêm unidos por ligações químicas primárias e secundárias. 
 Esse tipo de ligação afeta as propriedades químicas e físicas do material.
CONSTITUIÇÃO DOS MATERIAIS
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 O conhecimento das forças interatômicas que ligam os átomos entre si nos permitem entender muitas das propriedades físicas dos materiais.
Forças de ligação e energias de ligação
 Sua magnitude varia com a distância.
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 Toda matéria é constituída de Moléculas;
 o átomo é a unidade fundamental do material;
 a estrutura do átomo segue o modelo de Bohr:
CONSTITUIÇÃO DA MATÉRIA
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LIGAÇÕES QUÍMICAS
Representam a união entre os átomos de um mesmo elemento ou de elementos diferentes.
Quando os átomos se unem, modificam sua eletrosfera, ganhando, perdendo ou compartilhando elétrons.
Dependendo dos átomos que se unem, as ligações podem ser iônicas, covalentes, metálicas.
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 Iônica
 Covalente
 Metálica 
 Van Der Waal
ASSOCIAÇÃO DE ÁTOMOS
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Iônica
 Elétrons sendo liberados pelas camadas de valência;
ASSOCIAÇÃO DE ÁTOMOS
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Ligação iônica
Resulta da atração entre cátions e ânions.
Todas as substâncias iônicas são sólidas.
Apresentam-se na forma de cristais.
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Covalente
 Elétrons sendo compartilhados com átomos adjacentes;
 Esse tipo de ligação é comum em compostos orgânicos, por exemplo em materiais poliméricos e diamante.
ASSOCIAÇÃO DE ÁTOMOS
 Quando os átomos se unem por ligação covalente formam as substâncias covalentes ou moleculares.
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LIGAÇÃO COVALENTE
Representação estrutural plana.
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Van Der Waal
 Elétrons não são compartilhados, apenas, há influência mútua das ondas eletrônicas estacionarias;
ASSOCIAÇÃO DE ÁTOMOS
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Van Der Waal
São ligações secundárias ou físicas
A polarização (formação de dipólos) devido a estrutura da ligação produz forças atrativas e repulsivas entre átomos e moléculas 
A ligação é fraca
Exemplo desse tipo de ligação acontece entre átomos de H e em estrut. moleculares e moléc. polares
ASSOCIAÇÃO DE ÁTOMOS
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Metálica
 Elétrons sendo compartilhados pelos átomos adjacentes;
ASSOCIAÇÃO DE ÁTOMOS
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LIGAÇÃO METÁLICA
Um metal é formado por um conjunto de átomos iguais, dispostos em camadas superpostas.
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LIGAÇÃO METÁLICA
O que mantém os átomos unidos em um metal é a atração elétrica entre o conjunto dos elétrons praticamente livres e o conjunto dos cátions.
As substâncias que se ligam através de ligações metálicas são os metais, e estes apresentam as propriedades de ductibilidade, maleabilidade e condutividade elétrica 
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LIGAÇÃO METÁLICA
Forma-se com átomos de baixa eletronegatividade (apresentam no máximo 3 elétrons de valência)
Os elétrons de valência são divididos com todos os átomos (não estão ligados a nenhum átomo em particular) e assim eles estão livres
A ligação metálica não é direcional porque os elétrons livres protegem o átomo carregado positivamente das forças repulsivas eletrostáticas
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 O modelo resultante dessa disposição típica dos átomos é chamado reticulado;
 Estes sistemas admitem 14 combinações conhecidas como Rede de Bravais.
REDES BRAVAIS
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AS 14 REDES DE BRAVAIS
Dos 7 sistemas cristalinos podemos identificar 14 tipos diferentes de células unitárias, conhecidas com redes de Bravais. 
Cada uma destas células unitárias tem certas características que ajudam a diferenciá-las das outras células unitárias. 
Estas características também auxiliam na definição das propriedades de alguns materiais.
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As redes cristalinas mais importantes:
 Cúbica: 
- Cúbica de corpo centrado (CCC);
- Cúbida de face centrada (CFC).
 
 Hexagonal:
- Hexagonal compacta (HC).
REDES BRAVAIS
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A rede cúbica de corpo centrado é uma rede cúbica na qual existe um átomo em cada vértice e um átomo no centro do cubo. Os átomos se tocam ao longo da diagonal.
Rede cúbica de corpo centrado (CCC)
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Rede cúbica de corpo centrado (CCC)
NC: Número de Coordenação, que corresponde ao número de átomos vizinhos mais próximos.
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Fator de empacotamento atômico (APF= atomic packing factor)
Rede cúbica de corpo centrado (CCC)
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 A rede cúbica de face centrada é uma rede cúbica na qual existe um átomo em cada vértice e um átomo no centro de cada face do cubo. Os átomos se tocam ao longo das diagonais das faces do cubo.
Rede cúbica de face centrada (CFC)
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Rede cúbica de face centrada (CFC)
a=4R
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Rede cúbica de face centrada (CFC)
a=4R
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 A rede hexagonal compacta pode ser representada por um prisma com base hexagonal com átomos na base e no topo e um plano de átomos no meio da altura.
 O sistema Hexagonal Compacto é mais comum nos metais (ex: Mg, Zn, Be, Cd).
Rede Hexagonal Compacta (HC)
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Rede Hexagonal Compacta (HC)
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Rede Hexagonal Compacta (HC)
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TABELA RESUMO PARA O SISTEMA CÚBICO
		
		Átomos 	 Número de 	 Parâmetro 	Fator de 
	 por célula	 coordenação 	 de rede		empacotamento
CCC	 2 8	 4R/(3)1/2	 0,68
CFC	 4 12	 4R/(2)1/2	 0,74
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A temperaturas acima de 912° o Fe apresenta-se na forma alotrópica  (CCC); Acima de 912° até 1394°  (CFC); Acima de 1394° até 1538°  (CCC).
 
 
A alotropia do Fe é importante porque a forma alotrópica pode dissolver o Carbono (C) até 2%, o que tem grande significado no tratamento térmico dos aços.
ALOTROPIA DO FERRO PURO
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Até a próxima aula!
Bom Estudo!
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