Materiais de Construção Estrutura atômica e molecular

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Materiais de Construção Civil
Estrutura atômica e 
molecular dos materiais
1Profª. Bianca Ozório
Estrutura do material
• Estrutura atômica
• Arranjo atômico 
– Formar a estrutura molecular– Formar a estrutura molecular
• Cristalina
• Amorfa
• Microestrutura
• Macroestrutura
2Profª. Bianca Ozório
Natureza da ligação atômica
Estrutura do átomo
• Nêutrons
• Prótons
• Elétrons
• Massa atômica = massa de prótons e nêutrons 
• Número atômico = número de elétrons
3Profª. Bianca Ozório
Estrutura eletrônica do átomo
• Elétrons mais afastados do núcleo afetam a maioria 
das propriedades de interesse da engenharia
• Determinam propriedades químicas
• Estabelecem a natureza das ligações interatômicas
• Características mecânicas e de resistência
• Controlam o tamanho do átomo
• Condutividade elétrica e propriedades ópticas
4Profª. Bianca Ozório
Ligações atômicas
• Origem doa arranjos atômicos na formação 
dos materiais
• Primárias (fortes) • Secundárias
5Profª. Bianca Ozório
• Primárias (fortes)
– Iônicas 
– Covalentes
– Metálicas 
• Secundárias
– Forças de van der Waals
– Moléculas polares
– Dipolos induzidos
– Ponte de hidrogênio
Ligações iônicas
• Atração entre íons de carga elétrica contrária
• Ruptura frágil
• Pouco dúctil• Pouco dúctil
• Condutividade 
elétrica baixa
(a) Ionização dos elementos
(b) Atração e ligação iônica
6Profª. Bianca Ozório
Ligações covalentes
• Aproximação intensa entre dois elementos químicos
• Compartilham elétrons – direcional
Oxigênio (O2) e Metano (CH4)
7Profª. Bianca Ozório
Ligações metálicas
• Elementos de baixa valência liberam elétrons 
formando uma nuvem
• Elétrons movem-se livremente - condutores • Elétrons movem-se livremente - condutores 
elétricos
• Ductilidade
8Profª. Bianca Ozório
Ligações secundárias
Forças de van der Waals
• Junção de moléculas ou grupos de 
átomos por atrações eletrostáticas fracas
• Atração de cargas opostas sem • Atração de cargas opostas sem 
transferência de elétrons
• Distribuições assimétricas de cargas 
positiva e negativa
9Profª. Bianca Ozório
Moléculas polares
• Desbalanceamento elétrico – assimetria
• Dipolo – atração eletrostática
Ácido fluorídrico (HF)
10Profª. Bianca Ozório
Dipolos induzidos
• Moléculas inicialmente simétricas
• Sofrem polarização momentânea
• Atração eletrostática
• Efeitos de dispersão
• Polarização flutuante
11Profª. Bianca Ozório
Ponte de hidrogênio
• Influenciam nas propriedades de tensão 
superficial e viscosidade
12Profª. Bianca Ozório
Espaço interatômico
• Distância de equilíbrio entre os átomos
• Balanço entre atração e repulsão
• < equilíbrio = repulsão• < equilíbrio = repulsão
• > equilíbrio = perda de força da união
13Profª. Bianca Ozório
Energia de ligação
• Energia mínima para criar ou quebrar ligação
Características dos materiais
14Profª. Bianca Ozório
Profª. Bianca Ozório 15
Arranjos atômicos
• Estrutura molecular
– Agrupamento de átomos
• Intramolecular – forte
• Intermolecular – forças de van der Waals• Intermolecular – forças de van der Waals
• Estrutura cristalina
– Regularidade estrutural
• Estrutura não cristalina: amorfa
– Sem regularidade na organização estrutural
16Profª. Bianca Ozório
Estrutura molecular
Cadeias poliméricas
• Cadeias lineares
• Longas e flexíveis
• Cadeias ramificadas
• Previnem empacotamento e a cristalização, reduzindo • Previnem empacotamento e a cristalização, reduzindo 
densidade, dureza e resistência
• Cadeias cruzadas
• Adição de átomos ou moléculas, restringindo movimento
• Cadeias em rede
• Tridimensional
17Profª. Bianca Ozório
Estrutura cristalina
• Modelo tridimensional ordenado e repetitivo
18Profª. Bianca Ozório
Estrutura amorfa
• Gases, líquidos e sólidos não cristalinos
(a) Gás inerte(a) Gás inerte
(b) Vapor de água
(c) Vidro
(d) Metal - CRISTALINO
19Profª. Bianca Ozório
Vidro X Cristal
• B2O3
Vidro Cristal
20Profª. Bianca Ozório
Fases impuras
• Solução sólida substitucional
21Profª. Bianca Ozório
Fases impuras
• Solução sólida intersticial
22Profª. Bianca Ozório
Imperfeições estruturais pontuais
Vazio Átomo intersticial Substitucional pequeno
23Profª. Bianca Ozório
Vazio Átomo intersticial Substitucional pequeno
Substitucional grande Defeito de Frenkel Defeito de Schottky 
Imperfeições estruturais de linha
Discordância em aresta Discordância em espiral
24Profª. Bianca Ozório
Imperfeições estruturais - Contorno de grão
Orientações cristalinas e região de transição entre os grãos
25Profª. Bianca Ozório
Sugestões de bibliografia
• Materiais de Construção Civil e Princípios de Ciência e 
Engenharia de Materiais ed. G.C. Isaia. 2ed. São Paulo, 
IBRACON, 2010; 1v 
– Capítulo 6: páginas 143 a 145, 150 a 181– Capítulo 6: páginas 143 a 145, 150 a 181
26Profª. Bianca Ozório