A maior rede de estudos do Brasil

Grátis
18 pág.
aula04

Pré-visualização | Página 1 de 2

13/3/2012
1
CIÊNCIA DOS MATERIAISCIÊNCIA DOS MATERIAIS
Estruturas e PropriedadesEstruturas e PropriedadesEstruturas e PropriedadesEstruturas e Propriedades
Prof. Lisiane Morfeo Tavares
Ciência dos Materiais
` Princípio Básico: as características macroestruturais
d i l d d d di õde um material dependem das suas condições
microestruturais.
13/3/2012
2
Introdução
` Algumas das propriedades importantes dos materiais
sólidos dependem dos arranjos geométricos dos átomos
e também das interações que existem entre átomos oue também das interações que existem entre átomos ou
moléculas constituintes.
Introdução
` Cada átomo consiste em um núcleo muito pequeno
composto por prótons e nêutrons, que é circundado por
elétrons em movimentoelétrons em movimento.
Número atômico (Z): número de prótons no
seu núcleo.
Massa atômica (A): soma das massas de
prótons e nêutronsprótons e nêutrons.
13/3/2012
3
Níveis de estudo dos materiais
` Sub‐atômico (Å)
` Átomo individual e comportamento de seu núcleo e elétron
` Atômico (nm ‐ µm)
` Interação entre átomos e a formação de ligações e moléculas
` Microscópico (µm ‐ mm)
` Escala: Arranjos atômicos e moleculares e a formação de 
estruturas cristalinas, moleculares e amorfas
` M ó i (> )` Macroscópico (>mm)
` Comportamento do material em serviço
Nível: Sub‐atômico
` Analisar a estrutura do átomo.
` Análise: 
…Microscopia eletrônica de tunelamento (STM)…Microscopia eletrônica de tunelamento (STM)
… Pouco empregada para os materiais da Construção 
Civil
… Além de ver, é possível medir e manipular átomos
Átomos de silício
13/3/2012
4
` Procura-se avaliar a estrutura e composição dos 
átomos e moléculas.
` Análise:
Nível: Atômico
` Análise: 
…Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) 
…Microscópio capaz de produzir imagens de alta resolução 
da superfície de uma amostra
…Difração de Raio-X
… Estrutura atômica presente
Estrutura 
atômica
Raios‐X incidente Raios‐X difratados
` Grande aplicação na pesquisa e desenvolvimento dos 
materiais de construção.
` Análise: 
Nível: Microscópico
… Microscopia ótica
… Instrumento usado para ampliar imagens da amostra
… Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) 
Microscopia eletrônica do 
… Ensaios físicos
… Ex.: Porosimetria de intrusão de mercúrio
p
cimento hidratado
13/3/2012
5
` Tradicionalmente empregado
` Análise:
Nível: Macroscópico
` Análise: 
…Ensaios mecânicos 
… Resistência à compressão do concreto
… Resistência à flexão
… Controle de qualidade do material
Compressão Flexão
` Como a maioria dos materiais usados 
pelo engenheiro é sólida ou líquida, é 
Ligações atômicas
desejável conhecer-se as atrações que 
mantêm os átomos unidos nesses 
estados.
13/3/2012
6
Ligações atômicas
` A compreensão de muitas das propriedades
físicas dos materiais está baseada no
conhecimento das forças interatômicas que
unem os átomos.
Força de Ligação
` A distância entre 2 átomos é determinada pelo balanço das forças 
atrativas e repulsivas;
` Quanto mais próximos os átomos maior a força atrativa entre eles` Quanto mais próximos os átomos maior a força atrativa entre eles, 
mas maior ainda são as forças repulsivas devido a sobreposição das 
camadas mais internas; 
` Quando a soma das forças atrativas e repulsivas é zero, os átomos 
estão na chamada distância de equilíbrio.
RAL FFF += RAL FFF +
FA ≡ força de atração
FR ≡ força  de repulsão
FL ≡ força líquida ou resultante
13/3/2012
7
• A inclinação da curva no ponto de equilíbrio demonstra a força 
necessária para separar os átomos sem promover a quebra da ligação. 
Força de Ligação
• Os materiais que apresentam:
• inclinação grande = materiais rígidos
• Inclinação pequena = materiais flexíveis
Energia de Ligação
• Quanto mais profunda a curva de energia potencial mais forte a ligação atômica.
• Quando a energia é fornecida a um material, a vibração térmica faz com que os átomos
oscilem próximos ao estado de equilíbrio.
‐ Baixo coeficiente de 
expansão térmica
Ponto de equilíbrio
expansão térmica
‐ Alterações 
dimensionais 
relativamente pequenas 
em função da 
temperatura
‐ Temperatura de fusão 
elevada
13/3/2012
8
Ligações interatômicas primárias
` Metálica
` Covalente
` Iônica
Ligação Metálica
` Ligação metálica é a interação eletromagnética entre 
os elétrons deslocalizados, não direcional, em volta dos 
átomos carregados positivamenteátomos carregados positivamente.
Os elétrons de valência são divididos
com todos os átomos (não estão
ligados a nenhum átomo em particular)
Elétrons de valência
Átomo
ligados a nenhum átomo em particular)
e assim eles estão livres para conduzir.
13/3/2012
9
` A ligação covalente é direcional e forma ângulos bem
definidos
d l é
Ligação Covalente
` Esse tipo de ligação é comum em compostos
orgânicos, por exemplo emmateriais poliméricos e 
diamante.
Os elétrons de valência são
compartilhados.
` A ligação iônica não é direcional, a atração é mútua
` A ligação predominante nosmateriais cerâmicos.
Ligação Iônica
Os elétrons de valência são transferidos
entre átomos produzindo íons.
13/3/2012
10
Energia de ligação
` A energia de ligação é, por definição, a energia mínima 
requerida para criar ou para quebrar a ligação.
Estrutura Cristalina
` A estrutura cristalina é caracterizada quando existe uma
organização na disposição espacial dos átomos que
constituem determinado arranjo atômicoconstituem determinado arranjo atômico.
` Há uma regularidade estrutural, com a repetição, nas três
dimensões, de uma unidade básica, chamada de célula
unitária.
13/3/2012
11
` Célula unitária : é uma subdivisão do reticulado
cristalino, na qual são mantidas as características gerais
de todo o reticulado
Estrutura Cristalina – Célula Unitária
de todo o reticulado.
Os átomos são representados como esferas rígidas
Estrutura Cristalina ‐ Arranjos atômicos
Rede de Bravais:
• 7 sistemas cristalinos e 14
i l d í i dreticulados característicos dos
materiais cristalinos
• Cada uma destas células
unitárias tem certas
características que ajudam a
diferenciá‐las das outras células
unitárias.
•Além do mais estasAlém do mais, estas
características também auxiliam
na definição das propriedades
de um material particular.
13/3/2012
12
Estrutura dos materiais
` Exemplos:
O f d ô i` O ferro e aço: podem apresentar uma estrutura atômica 
cúbicas de corpo centrado (em temperatura ambiente) ou 
estrutura de face centrada (em alta temperatura); 
` A areia natural: constituída essencialmente de sílica em sua 
forma cristalina, que é o quartzo de estrutura romboédrica.
Estrutura não cristalina – amorfa
` Materiais de estrutura amorfa ou vítrea, ao nível de seus 
arranjos atômicos, são aqueles em que os átomos não 
apresentam qualquer tipo de regularidade ou organização p q q p g g ç
em termos de sua disposição espacial, ou, caso exista 
algum ordenamento, ele ocorre a curto alcance (em 
pequenas distâncias). 
` Se aplicado aos materiais em geral, em suas diversas 
configurações atômicas, são amorfos:g ç ,
` os gases;
` os líquidos;
` os sólidos não‐cristalinos como o vidro.
13/3/2012
13
Estrutura não cristalina – amorfa
a) gás inerte
b) vapor de água 
c) estrutura do vidro
PROPRIEDADES MECÂNICAS
` As propriedades mecânicas definem o
comportamento do material quando sujeitos à
esforços mecânicos pois estas estãoesforços mecânicos, pois estas estão
relacionadas à capacidade do material de resistir
ou transmitir estes esforços aplicados sem
romper e sem se deformar de maneira
incontrolável.
13/3/2012
14
Principais Propriedades dos Corpos
` Extensão:
Propriedade que a matéria tem de ocupar um lugar no espaço
`