unidade 2 1ª parte CM

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CIÊNCIA DE MATERIAIS
Prof. Ma. Cláudia Miranda
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UNIDADE II
Estrutura atômica e Ligações Interatômicas
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positiva e negativa (nula)
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 NÚMEROS QUÂNTICOS
2 - Números Quânticos
As teorias da MECÂNICA QUÂNTICA, definidas por Planck, De Broglie, Schrödinger e Heisemberg, dentre outras, auxiliaram na identificação dos elétrons.
Os NÚMEROS QUANTICOS são os modelos que nos auxiliam na localização 
e identificação da posição do elétron na orbita de um átomo.
1. Números Quânticos Principal (n);
2. Números Quânticos Secundário (l);
3. Números Quânticos Magnético (ml);
4. Números Quânticos Spin (ms);
Ciência de Materiais
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Ciência de Materiais
TABELA PERIODICA 
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Ciência de Materiais
TABELA PERIODICA 
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Número atômico (Z) = nº de prótons
Massa atômica (A) ≈ Z + nº de nêutrons
1 mol = 6,02x1023 átomos (número de Avogadro)
Raio Nuclear ≈ 10-14 m
Raio Atômico ≈ 10-10m (1 angstron, 1Å)
1 uma = 1/12 massa 12C
1 uma/átomo (ou molécula) = 1 g/mol
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Exemplo 1
Sabendo que o peso molar da prata é 107,87 g/mol, calcule o número de átomos em 100 g de Ag?
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Ciência de Materiais
LIGAÇÃO ATÔMICA NOS SÓLIDOS
- Energias e forças de ligações
- Ligações interatômicas primárias
- Ligação de Van der Waals 
Por quê estudar?
O tipo de ligação interatômica geralmente explica a propriedade do material.
Exemplo: o carbono pode existir na forma de grafite que é mole, escuro e “gorduroso” e na forma de diamante que é extremamente duro e brilhante. Essa diferença nas propriedades é diretamente atribuída ao tipo de ligação química que é encontrada no grafite e não no diamante.
Veja mais informações no site www.cimm.com.br (material didático)
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Ciência de Materiais
LIGAÇÃO ATÔMICA NOS SÓLIDOS
Os elementos se ligam para formar os sólidos para atingir uma configuração mais estável: oito elétrons na camada mais externa
A ligação química é formada pela interação dos elétrons de valência através de um dos seguintes mecanismos:
- Ganho de elétrons
- Perda de elétrons
- Compartilhamento de elétrons
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Ciência de Materiais
LIGAÇÃO ATÔMICA NOS SÓLIDOS
Metálica
Covalente
Iônica
Van der Waals
TIPOS DE LIGAÇÕES:
A eletronegatividade dos átomos é o que determina o tipo de ligação 
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Ciência de Materiais
LIGAÇÃO ATÔMICA NOS SÓLIDOS
FORÇAS E ENERGIAS 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, 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.
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Ciência de Materiais
LIGAÇÃO ATÔMICA NOS SÓLIDOS
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Ciência de Materiais
LIGAÇÃO ATÔMICA NOS SÓLIDOS
FORÇAS E ENERGIAS DE LIGAÇÃO:
A inclinação da curva no ponto de equilíbrio dá a força necessária para separar os átomos sem promover a quebra da ligação. 
Os materiais que apresentam uma inclinação grande são considerados materiais rígidos,. Ao contrário, materiais que apresentam uma inclinação mais tênue são bastante flexíveis. 
A rigidez e a flexibilidade também estão associadas com módulo de elasticidade (E) que é determinado pela inclinação da curva tensãoxdeformação obtida no ensaio mecânico de resistência à tração.
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Ciência de Materiais
LIGAÇÃO ATÔMICA NOS SÓLIDOS
A força resultante F entre os dois átomos é simplesmente a soma das componentes de atração e de repulsão:
EQUILIBRIO
Algumas vezes é mais conveniente trabalhar com energia (potencial) do que forças de ligações.
Matematicamente, energia (E) e força de ligações (F) estão relacionadas por:
A menor energia é o ponto de equilíbrio
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Ciência de Materiais
LIGAÇÃO ATÔMICA NOS SÓLIDOS
Quanto mais profundo o poço de potencial maior a temperatura de fusão do material
Devido as forcas de repulsão aumentarem muito mais com a aproximação dos átomos a curva não é simétrica. Por isso, a maioria dos materiais tendem a se expandir quando aquecidos
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Ciência de Materiais
LIGAÇÃO ATÔMICA NOS SÓLIDOS
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Ciência de Materiais
LIGAÇÃO ATÔMICA NOS SÓLIDOS
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Ciência de Materiais
LIGAÇÃO ATÔMICA NOS SÓLIDOS
Relação entre algumas propriedades e as curvas de força e energia de ligação
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Ciência de Materiais
Relação entre algumas propriedades e as curvas de força e energia de ligação
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Ciência de Materiais
Relação entre algumas propriedades e as curvas de força e energia de ligação
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Ciência de Materiais
Relação entre algumas propriedades e as curvas de força e energia de ligação
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Ciência de Materiais
LIGAÇÃO ATÔMICA NOS SÓLIDOS
Quando energia é fornecida a um material, a vibração térmica faz com que os átomos oscilem próximos ao estado de equilíbrio.
Devido a assimetria da curva de energia de ligaçãoxdistância interatômica, a distância média entre os átomos aumenta com o aumento da temperatura.
Então, quanto mais estreito e mais profundo o mínimo de potencial menor é o coeficiente de expansão térmica do material
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Ciência de Materiais
TIPOS DE LIGAÇÕES
LIGAÇÕES INTERATÔMICAS PRIMÁRIAS
LIGAÇÕES IÔNICAS
LIGAÇÕES COVALENTES
LIGAÇÕES METÁLICAS 
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Ciência de Materiais
TIPOS DE LIGAÇÕES
LIGAÇÃO IÔNICA
Os átomos num material iônico arranjam-se de forma que todos os íons positivos têm como vizinho mais próximo íons negativos, sendo as forças atrativas igual em todas as direções. 
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Ciência de Materiais
TIPOS DE LIGAÇÕES
LIGAÇÃO IÔNICA
A força atrativa entre o par iônico é uma força coulombiana, calculada 
considerando os íons como cargas pontuais. Utilizando a lei de Coulomb, pode-se escrever a seguinte equação (K = 
onde ER e esta energia repulsiva, n e o expoente de Born e A e B são constante
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Ciência de Materiais
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Ciência de Materiais
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Ciência de Materiais
TIPOS DE LIGAÇÕES
EXEMPLOS
K = 9x109 V.m/C ; e- = 1,6x10-19 C
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Ciência de Materiais
TIPOS DE LIGAÇÕES
EXEMPLOS
Calcule a força de atração entre o par de íons Mg+2 e S-2, e que os raios dos íons Mg+2 e S-2 são 0,065nm e 0,184nm. Dados: carga elétrica = 1,6x10-19C, K = 9x109 V.m/C.
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Ciência de Materiais
TIPOS DE LIGAÇÕES
LIGAÇÃO COVALENTE
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Ciência de Materiais
TIPOS DE LIGAÇÕES
LIGAÇÃO COVALENTE
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Ciência de Materiais
TIPOS DE LIGAÇÕES
LIGAÇÃO METÁLICA
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Ciência de Materiais
TIPOS DE LIGAÇÕES
LIGAÇÃO SECUNDÁRIA: VAN DER WALLS
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Ciência de Materiais
TIPOS DE LIGAÇÕES
LIGAÇÃO SECUNDÁRIA: VAN DER WALLS
Ocorre em ligações formadas por átomos de diferentes eletronegatividades.
Ocorre em ligações formadas por átomos de mesma eletronegatividade.
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Ciência de Materiais
TIPOS DE LIGAÇÕES
LIGAÇÃO DE HIDROGÊNIO
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Ciência de Materiais
RESUMO
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Ciência de Materiais
TIPOS DE LIGAÇÕES
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Ciência de Materiais
MATERIAIS – CLASSIFICAÇÃO DAS LIGAÇÕES
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Ciência de Materiais
MATERIAIS – CLASSIFICAÇÃO DAS LIGAÇÕES
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Ciência de Materiais
CURIOSIDADE
Quando aquecemos a água de 00C a 40c, o seu volume diminui, se contraindo. A partir de 40C a água volta a ter um comportamento normal, ou seja, ao ser aquecida ela se dilata.
DILATAÇÃO ANÔMALA DA ÁGUA
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Os átomos de carbono na grafita também são unidos fortemente através de ligações covalentes, mas só dentro de um plano, diferentemente da rede 3D das ligações do diamante. Estes planos de átomos de carbono simplesmente empilham-se uns sobre os outros, sendo as forças de união entre os planos, muito fracas. Os planos de átomos de carbono podem então deslizar facilmente uns sobre os outros, e por isto a grafita é importante lubrificante! 
GRAFITA
DIAMANTE
Ligação fraca
Ligação forte 
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NANOTUBOS DE CARBONO 
Foi descoberto em 1991 por um japonês
São 100 mil vezes mais finos que um fio de cabelo 
A espessura
é de apenas um átomo
O diâmetro é de cerca de um nanômetro — a bilionésima parte do metro 
Possuem a maior resistência mecânica dentre todos os materiais conhecidos — não quebram nem deformam quando dobrados ou submetidos à alta pressão. 
Destacam-se também como dos melhores condutores de calor que existem e, para completar, podem ser capazes de transportar eletricidade 
Fonte: B.Piropo 
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