Unidade 1 - Relação estrutura propriedades

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Unidade 1 Unidade 1 ––
RELAÇÃO ESTRUTURARELAÇÃO ESTRUTURA-- PROPRIEDADESPROPRIEDADES
Engenharia dos Engenharia dos 
MateriaisMateriais
ESTRUTURA DOS MATERIAIS
Modelos de Estrutura AtômicaModelos de Estrutura Atômica
Na Cl
Ligação Atômica
Atrativa
Repulsiva Magnitude: distância entre os átomos
� Materiais sólidos: interação com muitos átomos.
� Resistência mecânica: aumenta com a força máxima e com o
aumento da energia de ligação (aumento da profundidade do
poço da curva de energia de ligação.
� Pontos de fusão e de ebulição: aumentam com o aumento da
energia de ligação.
CONSEQUÊNCIAS:
energia de ligação.
� Coeficiente de expansão térmica: diminui com o aumento da
energia de ligação.
� Estados da matéria: EL sólido > EL líquido > EL gás
� Tipo de ligação: assim como o material, o tipo de ligação
influencia na magnitude da energia de ligação.
Ligações Iônicas
- elementos metálicos com não metálicos (extremidades da
tabela).
- envolve a transferência de elétrons de um átomo para outro,
sendo assim que adquirem cargas, ou seja, se tornam íons.
Exemplo:Exemplo:
Na: Z = 11 Cl: Z = 17
Ligações Iônicas
– no cloreto de sódio, todo sódio e todo
cloro existem como íons.
– é a ligação predominante nos materiais 
cerâmicos.
– as energias de ligação são
relativamente altas (600 a 1.500relativamente altas (600 a 1.500
kJ/mol ou 3 a 8 eV/átomo).
– temperatura de fusão elevada. 
– os materiais são duros e
quebradiços.
– bons isolantes térmicos e elétricos.
Ligações Covalentes
– compartilhamento dos elétrons de valência 
de dois átomos adjacentes.
– é típica de polímeros, sendo a estrutura
molecular básica uma longa cadeia de
átomos de C ligados entre si por ligaçãoátomos de C ligados entre si por ligação
covalente através de duas das quatro ligações
disponíveis em cada átomo, as duas restantes
são compartilhadas com outros átomos. Representação esquemática da 
ligação covalente na molécula
de metano ( CH4 )
Ligações Covalentes 
– Diamante (Tf = 3.550oC)
– Bismuto (Tf = 270oC)
– Normalmente as ligações interatômicas são parcialmente iônicas e
parcialmente covalentes, poucos compostos exibem ligações com
caráter que seja exclusivamente iônico ou covalente.
– Quanto maior for a diferença entre as eletronegatividades mais
iônica será a ligação. De modo contrário, quanto menor for a
diferença de eletronegatividade maior será o grau de covalência.
Ligações Metálicas
– elementos metálicos possuem de um a
três elétrons de valência.
– os elétrons de valência não estão ligados a
um único átomo, mas estão mais ou
menos livres para se movimentar por todo
o metal - nuvem eletrônica.o metal - nuvem eletrônica.
– os núcleos e os elétrons restantes formam
o núcleo iônico carregados positivamente
– os elétrons livres protegem os núcleos
iônicos das forças repulsivas.
– bons condutores elétricos e térmicos
devido aos elétrons livres.
– ruptura dúctil na temperatura ambiente.
Forças intermoleculares
Forças de van der Waals (interações não iônicas entre as 
moléculas)
• Dipolo-dipolo (dipolo permanente) - Forças de Keesom
• Dipolo-dipolo induzido (aproximação de um dipolo
permanente cria dipolo numa molécula neutra) - Forças de
DebyeDebye
• Forças de London - Dipolo temporário devido a
deslocamento eletrônico na molécula neutra.
São fracas em relação as outras ligações 
Energia de ligação ≅≅≅≅ 10 kJ/mol ou 0,1 eV/átomo)
Em 1960, o alemão Uwe Hiller
sugeriu que um tipo de força 
atrativa, entre as moléculas da 
parede e as moléculas da pata 
da lagartixa, fosse a 
responsável. 
Mais tarde...
Lagartixa van der Waals
Mais tarde...
"Full, Adhesive force of a single gecko foot-hair" (Autumn, K. 
et al., Nature 405, 681-685 (2000)), Revista Nature
São forças intermoleculares as 
responsáveis pela adesão da 
pata da lagartixa à parede. Mais 
precisamente entre a superfície 
e as moléculas dos "setae", 
pêlos microscópicos que 
cobrem as patas das lagartixas.
Forças de van der Waals
• Dipolo permanente - Dipolo permanente: Atração
entre moléculas polares. Os dipolos atraem-se pelos
polos opostos (positivo-negativo).
Forças de van der Waals
Dipolo permanente - Dipolo induzido: Atração entre uma
molécula polar e uma molécula apolar. O dipolo causa
repulsão eletrônica entre seu pólo negativo e a nuvem
eletrônica da molécula apolar. Isso causa uma
deformação da nuvem eletrônica na molécula apolar,
provocando a formação de dipolos (induzidos).
H
H
O
δ+
δ+
ClCl
Forças de van der Waals
Dipolo induzido - Dipolo induzido: atração que ocorre entre
moléculas apolares. Quando se aproximam umas das
outras, causam repulsão entre suas nuvens eletrônicas,
se deformam, induzindo a formação de dipolos.
Essa força é mais fraca que a dipolo permanente - dipolo
permanente. Substâncias que apresentam esse tipo depermanente. Substâncias que apresentam esse tipo de
ligação tem menor ponto de fusão e ebulição.
Quanto maior o tamanho da molécula, mais fácil de seus
elétrons se deslocarem pela estrutura. Maior é, então, a
facilidade de distorção das nuvens eletrônicas e mais
forte as FORÇAS DE LONDON. Isso faz com que a
substância tenhamaior ponto de ebulição.
O Dipolo instantâneo exerce uma força de atração sobre a 
molécula vizinha, e vive-versa, surge então uma força de atração 
temporária chamada de forças de dispersão.
Pontes de hidrogênio
A Ligação de Hidrogênio é uma atração intermolecular forte
entre moléculas que contém átomos de hidrogênio ligados a
átomos de alta eletronegatividade como N, O e F (NH3 , H2O
e HF).
Pontes de hidrogênio
As forças Intermoleculares
Pontes de hidrogênio
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Dipolo-dipolo induzido
Dipolo-dipolo
Dipolo induzido-dipolo induzido
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É o mais avançado equipamento utilizado na pesquisa de materiais. Um
feixe elétrons primários “varre” a superfície da amostra, retirando elétrons
secundários que serão capturados por um detector especial que processa o
sinal eletrônico e gera a imagem observada no sistema (Resolução – 10 nm).
Normalmente se utiliza ampliação entre 50 x a 30.000 x de aumento.
Sua principal vantagem é a elevada profundidade de foco, permitindo
análise de superfícies de fratura.
MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV)
É um dos mais versáteis
instrumentos disponíveis para a
observação e análise das
características microestruturais
de materiais sólidos.
Extremidade de uma agulha de 
costura confeccionada em aço 
(1.000 x)
Partícula de cinza de carvão 
mineral (470 x)
MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE TRANSMISSÃO (MET)
Bainita – microconstituinte do açoBainita – microconstituinte do aço
MATERIAIS / LIGAÇÕES QUÍMICAS
MATERIAIS / LIGAÇÕES QUÍMICAS