estrutura atomica

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01/03/2012 
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Estrutura Atômica 
e 
Ligação Interatômica 
Ciências dos Materiais 
Professor: Daniel Padilha Setti 
Introdução 
• As propriedades dos materiais sólidos dependem dos 
arranjos geométricos dos átomos 
– Cubico, hexagonal, tetragonal, romboédrico, 
ortorrômbico... 
• Interações entre os átomos ou moléculas. 
• Estrutura atômica. 
• Configurações eletrônicas nos átomos e a tabela periódica. 
• Tipos de ligações interatômicas primárias e secundárias. 
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Estrutura Atômica 
• O átomo consiste de um núcleo composto por 
prótons e nêutrons envolvido por elétrons em 
movimento. 
• Os elétrons e prótons possuem cargas elétricas 
1,60x10-19 C. 
• Os prótons e nêutrons possuem massa de 1,67x10-27 
Kg, a massa do elétron 9,11x10-31 Kg. 
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Estrutura Atômica 
• Cada átomo tem o seu número atômico (Z) 
– Os número atômicos variam de 1 a 92 
– A massa atômica (A) é a soma de prótons e nêutrons 
– Átomos iguais de massas atômicas diferentes isótopos 
– Mol de uma substância tem 6,023x1023 
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A ≈ Z + N 
Elétrons nos átomos 
• Modelo atômico de Bohr 
– Os elétrons circulam ao redor do núcleo atômico. 
– Salto quântico tanto para um estado de energia 
absorção, quanto liberação. 
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N P 
P 
P 
P 
P 
P P 
P 
P 
P 
P 
N N 
N N 
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N N 
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N N 
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N 
N N 
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E 
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E 
Números Quânticos 
• Cada elétron em um átomo é caracterizado por 4 
parâmetros. 
– As camadas são especificadas por número quânticos 
principal n: 
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AZIMUTAL MAGNÉTICO SPIN 
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Configurações Eletrônicas 
• Estados eletrônicos 
• Princípio da exclusão de Pauli 
• Cada estado eletrônico pode comportar no máximo 2 elétrons 
• Os quais devem possuir valores opostos de spin 
• Estado fundamental 
• Configuração eletrônica 
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Configuração Eletrônica 
do átomo de sódio 
1s2; 2s2; 2p6; 3s1 
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Tabela Periódica 
• Os elementos estão em ordem crescente de número 
atômico, em 7 colunas 
– Os elementos do grupo 18 são os gases nobres, possuem 
camada eletrônica preenchida 
– Os elementos eletropositivos, cedem elétrons da camada de 
valência para tornarem íons possitivos. 
– Os elementos eletronegativos, recebem os elétrons na camada 
de valência para tornarem íons negativos. 
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Forças e Energia de Ligação 
• Na medida em que os átomos se aproximam 
– Cada um exerce forças sobre o outro, atrativa ou 
repulsiva 
• Força atrativa FA 
• Força repulsiva FR 
• Força resultante FT 
– Ligações primária 
• ligações interatômicas fortes, as energias de ligações 
são grandes. 
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FT = FA + FR 
Forças e Energia de Ligação 
• Ligações iônicas 
– É uma ligação interatômica que existe entre dois íons de cargas 
opostas. Força de Coulomb (atração) 
– Quanto maior a diferença de eletronegatividade, maior o caráter 
iônico 
– As energias de ligação, são relativamente grandes 
– Temperatura de fusão elevadas NaCl 801 ºC 
– A ligação iônica é encontrada na maioria dos sais 
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Forças e Energia de Ligação 
• Ligações covalente 
– É uma ligação interatômica formada através de compartilhamento 
de elétrons entre os átomos vizinhos. 
– A ligação covalente resulta da interação de átomos que apresentam 
suas órbitas de valência quase saturadas de elétrons. 
– Nestas condições, seus elétrons de valência passam a orbitar 
indiferentemente nos átomos envolvidos. 
– Se um par de elétrons compartilhados constitui uma ligação 
simples, então ligações duplas e triplas implicam no 
compartilhamento de dois e três pares eletrônicos, 
respectivamente 
– As ligações covalentes podem ser muito fortes 
– Temperatura de fusão elevada Cdiamante 3550 ºC 
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• Ligação metálica 
– Envolve o compartilhamento não direcional de elétrons de 
valência não localizado (nuvens eletrônicas) 
– Os metais têm um, dois ou no máximo três elétrons de valência, 
estes elétrons não estão ligados a um único átomo, mas estão mais 
ou menos livres para se movimentar por todo o metal. 
– A ligação pode ser fraca ou forte: Hg 68 KJ/mol; W 850 KJ/mol 
– Temperatura de fusão Hg -39 ºC; W 3410 ºC 
– Os elétrons que não são de valência e o núcleo formam um 
“caroço” eletricamente positivo que é envolvido por uma “nuvem”, 
“mar” ou ainda “gás” de elétrons. Os elétrons da nuvem atuam 
como uma “cola” mantendo os caroços positivos unidos. 
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• Ligações secundárias 
– Ligações interatômicas e intermoleculares fracas energia 
de ligação pequenas. 
– As forças de ligações surge de dipolos atômicos ou 
moleculares 
– Ligações de dipolo induzido flutuante 
• Movimento constante de vibração, originando pequenos dipolos 
elétricos 
• As temperaturas de fusão e de ebulição são baixas 
 
 
 
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– Ligações entre moléculas polares e dipolo induzido 
 
 
 
 
 
– Ligações de dipolos permanentes 
• A ligação de hidrogênio é a ligação mais forte 
• Nas moléculas de HF, HCl, H2O, NH3 
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• Os materiais poliméricos apresentam ligação covalente 
(forte) entre os átomos na cadeia da macromolécula e 
ligação secundária (fraca) intercadeia 
• Os materiais metálicos, embora sempre apresentem caráter 
metálico predominante, exibem um certo caráter covalente. 
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• Quanto menor o número de elétrons de valência do átomo 
metálico, maior será a predominância da ligação metálica 
– O sódio, potássio, cobre, prata e o ouro têm 
caráter metálico muito forte 
– Eles apresentam condutividades elétrica e térmica 
muito altas 
 
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• Os metais de transição, que apresentam elevado número de 
elétrons de valência nos seus átomos 
– Níquel, ferro, tungstênio e vanádio, apresentam 
uma parcela apreciável de ligações covalentes 
– Isto explica as suas piores condutividades térmica 
e elétrica, assim como suas maiores resistências 
mecânicas e mais altos pontos de fusão 
– Pois nesses casos a ligação metálica é reforçada 
pela ligação covalente. 
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• Os materiais semicondutores, tais como 
germânio, silício e selênio apresentam caráter 
covalente predominante com relação ao 
metálico. 
 
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