Aula 1

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Aula 1 - Ligações atômicas. Estrutura 
atômica. Estrutura e propriedades dos 
metais e ligas metálicas.
Disciplina: Metalurgia Física / Tratamento 
Térmico 
Professora: Dra. Karina A. Martins Barcelos Gonçalves
28/09/2022 15:55 1
Informações sobre a disciplina 
Total de 56 horas 
44 horas (2022)
12 horas (2023)
Horário: 19h às 22h30
Tolerância de 5 minutos
20h30 às 20h40 10 minutos de intervalo
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Informações sobre a disciplina 
Todos os conteúdos ministrados em sala de 
aula serão enviados aos alunos.
Formas de avaliação
 Participação dos alunos
 Realização das tarefas solicitadas
 Seminários
 Estudos de caso
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1.1 Introdução a Metalurgia Física
 Um dos aspectos mais relevantes no estudo dos materiais na engenharia é
sua estrutura, isso porque todas suas propriedades estão intimamente
relacionadas as suas características.
 O rápido desenvolvimento dos métodos de refinação e de trabalho do ferro
abriu caminho a novas utilizações do metal e à construção de máquinas
industriais e, por consequência, à produção em quantidade de objetos
metálicos de uso geral.
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1.1 Introdução a Metalurgia Física
 Atualmente existem diversas pesquisas e desenvolvimentos tecnológicos
que buscam novos materiais ou até mesmo melhor desempenho, ou seja, a
inovação
 O que dizer sobre o descobrimento de novos materiais bem como o
aperfeiçoamento dos já existentes.
 Um dos aspectos interessantes da metalurgia física é a investigação da
estrutura de cada material a nível atômico e molecular e suas propriedades.
 A estrutura dos materiais tem grande influencia sobre muitas propriedades.
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1.1 Introdução a Metalurgia Física
 O estudo da metalurgia física faz parte de todas as áreas tecnologia e são
empregadas em equipamentos e utensílios do nosso dia a dia.
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1.1 Introdução a Metalurgia Física
 Qual seria a importância do conhecimento das etapas desse tetraedro na
metalurgia física?
composição
Síntese e 
processamento
microestrutura
Desempenho
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1.2 Classificação dos materiais
 Os materiais podem ser :
 Metais
 Cerâmicos
 Polímeros
 Semicondutores
 Biomateriais
Materiais 
tradicionais
Materiais 
avançados
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1.2 Classificação dos materiais
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1.2 Classificação dos materiais
Fotovoltaicos de 
Nióbio 
Tubos PVC 
Aços Telhas e 
tijolos
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1.2 Classificação dos materiais
a) Materiais metálicos : são combinações de elementos metálicos tais como
ferro, alumínio, titânio, molibdênio, níquel e outro elementos não metálicos
como o oxigênio, carbono, nitrogênio e oxigênio em pequenas
quantidades.
b) Materiais cerâmicos: são compostos por materiais metálicos e não
metálicos e são frequentemente óxidos, nitretos e carbonetos, como por
exemplo óxido de alumínio Al2O3 (alumina)
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1.2 Classificação dos materiais
c) Materiais poliméricos: compostos orgânicos são baseados quimicamente no
carbono e hidrogênio e outros elementos não metálicos. Plástico mais material de
borracha.
d) Materiais compósitos: é composto por dois ou mais tipos de materiais
apresentados nas categorias acima. Fibra de vidro ( vidro + epóxi ou poliéster)
e) Materiais avançados: semicondutores possuem propriedades elétricas que são
intermediária entre os condutores elétricos (metal e ligas)e os isolantes (cerâmicos e
polímeros) utilizados em computadores e aparelhos eletrônicos. Os biomateriais são
empregados para implantes em humanos e deve ser compatível aos tecidos
corporais.
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1.3 Estrutura atômica
 Átomos consiste de um núcleo pequeno composto de prótons e nêutrons que são
circundados por elétrons em movimento.
Carregados eletricamente (q): 
:Elétrons (-) e prótons (+) a 
magnitude da carga 1,60x10-19
Prótons e nêutrons têm 
aproximadamente a mesma massa, 
1,67 x 10-27kg, que é 
significativamente maior do que 
aquela de um elétron, 9,11 x 10-31 kg.
Número de Avogadro: 
6,023x1023
Átomo: tem o mesmo 
número de elétrons e prótons 
= eletricamente neutro
Número atômico (Z): 
caracteriza o elemento 
químico 
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1.3 Estrutura atômica
• Com a determinação deste valor, pode-se determinar outros valores previstos
previamente por Avogadro, como o volume molar de uma substância.
• Avogadro havia atribuído o nome de Volume Molar (Vm) ao volume ocupado por um
mol de quaisquer gás nas condições normais de temperatura e pressão (25ºC e 1 atm).
Com a determinação da Constante de Avogadro determinou-se o valor do volume
molar, que é de: 22,4L/mol.
• Desta forma, conclui-se que 22,4 litros de quaisquer gás nas condições normais de
temperatura e pressão (25ºC e 1 atm) possuem 6,02×1023 moléculas.
NA (número Avogadro)  6,022 14076 x 1023
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1.3 Estrutura atômica
 Sua definição precisa é: “ O número de átomos contido em exatamente 12g 
de gás C12 é chamado o número de Avogadro, N ( N=6,02 x 1023). Um mol 
é a quantidade material que contém o número de avogadro de partículas.”
 Assim, os valores de massa atômica e massa molecular que se encontram 
tabelados na literatura são referentes à massa de um mol de átomos ou 
moléculas. O cálculo de número de moles de um elemento ou composto 
presente em um determinado
sistema é dado por: 
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1.4 Estrutura eletrônica do átomo
Os elétrons ocupam níveis distintos dentro de um átomo  cada elétron possui energia
específica e não mais que dois elétrons tem a mesma energia em cada átomo .
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1.4 Estrutura eletrônica do átomo
 Valência de um átomo corresponde ao número de elétrons desse átomo que participam
de ligações ou reações químicas. Camada de valência são as mais externas.
Mg12: 1s2 2s2 2p6 3s2 valência = 2
Al13: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 valência = 3
Ge32: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p2 valência = 4
Regra do octeto
Átomos perdem , ganham ou compartilham elétrons de forma
que tenham oito elétrons em sua camada de valência
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1.4 Estrutura eletrônica do átomo
 Gases nobres: As propriedades químicas dos átomos dos elementos dependem
principalmente da reatividade dos seus elétrons mais exteriores. Os mais estáveis e
menos reativos de todos os elementos são os gases raros ou nobres. Com exceçãodo Hélio, que tem a configuração eletrônica 1s2, a camada exterior de todos os outros
gases nobres (Ne, Ar, Kr, Xe e Rn) tem a configuração eletrônica s2p6.
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1.4 Estrutura eletrônica do átomo
 Eletronegatividade: tendência de um átomo ganhar um elétron; átomos com níveis
externos quase preenchidos  cloro  alta eletronegatividade
 Átomos com níveis externos quase vazios (sódio)  doam elétrons facilmente  baixa
eletronegatividade. > eletronegatividade
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1.4 Estrutura eletrônica do átomo
Algumas correlações entre a estrutura eletrônica e as propriedades químicas de 
metais e não metais
Metais:
• poucos elétrons nas camadas exteriores, geralmente três ou menos;
• formam cátions por perda de elétrons;
• baixas eletronegatividades.
Não metais:
• quatro ou mais elétrons nas camadas exteriores;
• formam ânions por ganho de elétrons;
• altas eletronegatividades. 
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1.4 Estrutura eletrônica do átomo
Variações das propriedades que podem ser observadas na tabela periódica 
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1.5 Tipos de ligações
Os átomos dos materiais estão unidos por ligações:
 Ligações primárias  Metálica, covalente e iônica  ligações efetuadas
quando os átomos preenchem seus níveis s e p externos  ligações fortes 
forças intramoleculares (feita pelos átomos)
Ligações secundárias  Van der Waals  mecanismo diferente 
relativamente mais fraca  forças intermoleculares, no caso não é o foco do
nosso estudo em metalurgia física.
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1.5 Tipos de ligações
1.5.1 Ligações primárias – Ligação iônica
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1.5 Tipos de ligações
1.5.1 Ligações primárias – Ligação iônica
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1.5 Tipos de ligações
1.5.1 Ligações primárias  Ligação iônica
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1.5 Tipos de ligações
1.5.2 Ligações primárias  Ligação covalente
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1.5 Tipos de ligações
1.5.3 Ligações primárias – Ligação metálica
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1.5 Tipos de ligações
1.5.3 Ligações primárias – Ligação metálica
 As elevadas condutividades térmicas e elétricas dos metais dão crédito à 
teoria segundo a qual alguns elétrons são capazes de se mover através da 
rede cristalina do metal. 
 A maioria dos metais pode sofrer deformação em grau considerável sem 
fraturar, porque os átomos do metal podem escorregar uns sobre os outros 
sem provocar o colapso da estrutura de ligações metálicas. 
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1.5 Tipos de ligações
1.5.3 Ligações primárias – Ligação metálica
 Num metal sólido, os átomos ligam-se uns aos outros por ligações metálicas 
o que resulta em um estado de menor energia (ou mais estável). Na ligação 
metálica, não são necessários pares de elétrons, como no caso da ligação 
covalente, nem há restrições relacionadas com a neutralidade elétrica, 
como no caso da ligação iônica.
 Na ligação metálica, os elétrons de valência exteriores são partilhados por 
um elevado número de átomos à sua volta e, por isso, a ligação metálica é, 
em geral, não direcional. 
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1.6 Tipos de estrutura
1.6.1 Arranjos atômicos e iônicos
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1.6 Tipos de estrutura
1.6.1 Arranjos atômicos e iônicos
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1.6 Tipos de estrutura
1.6.1 Arranjos atômicos e iônicos
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1.7 Materiais Cristalinos
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1.7 Materiais Cristalinos
 É uma subdivisão da rede que ainda mantém as características típicas de
toda a rede, ou seja, unidade estrutural básica, ou bloco construtivo da
estrutura cristalina.
 Define a estrutura cristalina por meio da sua geometria e das posições dos
átomos em seu interior.
Célula unitária 
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1.7 Materiais cristalinos
1.7.1 Estrutura metálica
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1.7 Materiais cristalinos
1.7.1 Estrutura metálica
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1.8 Estrutura dos sólidos cristalinos versus propriedades mecânica
 Isotropia: propriedade que caracteriza as substâncias que possuem as mesmas
propriedades física independente da direção a ser considerada.
 Anisotropia: certas propriedade físicas podem variar com a direção.
 O processo de fabricação tende a alinhar os grãos de forma que suas
orientações estão uniformemente distribuídas resultando em uma textura
cristalográfica.
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1.9 Alotropia do Ferro
Alotropia 
consiste na 
alteração da 
estrutura 
cristalina devido 
a variações da 
temperatura e da 
pressão
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1.9 Alotropia do Ferro
Observa-se que ocorre a 
alteração da estrutura a 
partir de uma determinada 
temperatura. A 
combinação do carbono 
nos espaços Intersticiais 
formará o aço. E os tipos 
de aço vão depender do 
teor desse elemento entre 
outros. 
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1.10 Solução sólida de Carbono no Ferro
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1.10 Solução sólida de Carbono no Ferro
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1.10 Solução sólida de Carbono no Ferro
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1.11 Ligas metálicas
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1.11 Ligas metálicas
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1.11 Ligas metálicas
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1.11 Ligas metálicas
• Mais de 90% em peso dos materiais metálicos utilizados por nós são ligas
ferrosas na qual apresenta uma imensa família e uma ampla faixa de
microestruturas e aplicações relacionadas.
• Temos os aços que contém entre 0,02 a 2% de carbono e os ferros fundidos
composto por 2,0 a 4,5% de carbono.
Solidificação  processo termicamente ativado ( mudança das fases em
decorrência da diminuição de temperatura). Temos a linha sólida e líquida ou
seja, temos a temperatura de transição.
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1.11 Ligas metálicas
1.11.1 Propriedades mecânicas
• Um metal  substância ou matéria  combinada com outros elementos
gerando  ligas ( vão possuir característica de acordo com sua
microestrutura)
• Características: condutibilidade; ductilidade; maleabilidade; elasticidade;
tenacidade.
• Aplicações gerais: talheres, carros, trem, avião, estruturas, instrumentos
cirúrgicos, ferramentas enfim em diversos segmentos
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Na metalurgia física o conhecimento desde a seleção de materiais até a sua
entrega, ou seja, produto final terá um caminho a percorrer da qual
necessita de estudos, pesquisas para entrega de resultados esperados
pelo cliente.
Projeto 
estrutural
Economia Eficiência
Segurança Conforto
Resistente, estável e 
duradouro 
Disciplina: Metalurgia Física / Tratamento 
Térmico 
Professora: Dra. Karina A. Martins Barcelos Gonçalves
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