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Ciência dos Materiais
ESTRUTURA ATÔMICA
Professora: Rafaela Azevedo
Engenheira Mecânica
Estrutura Atômica
Conceitos fundamentais:
Cada átomo consiste em um núcleo muito pequeno composto por
prótons e nêutrons, que é circundado por elétrons em movimento.
Estrutura Atômica
Conceitos fundamentais:
O núcleo é responsável por praticamente toda a massa do
átomo e contém prótons e nêutrons.
(Coulombs)
Estrutura Atômica
Número Atômico (Z):
O número atômico (Z) de um átomo
indica o número de prótons (partículas
carregadas positivamente) do núcleo.
Os números atômicos dos elementos
estão indicados por cima dos
símbolos atômicos dos elementos na
tabela periódica.
Massa Atômica (A):
A massa atômica (A) é definida como a soma das massas dos
prótons e nêutrons de um átomo, ou seja, do seu núcleo.
A = Z (Prótons) + N (Nêutrons) 
Estrutura Atômica
Peso Atômico:
O peso atômico de um elemento
pode ser especificado com base
em massa por mol de material.
Em um mol de uma substância
existem 6,023 x 1023 átomos ou
moléculas.
O peso atômico dos elementos
estão indicadas por debaixo dos
símbolos atômicos na tabela
periódica dos elementos.
Ex. Potássio (39,098 g/mol)
6
Estrutura Atômica
Diagrama de Linus Pauling:
Os átomos são formados por um núcleo e uma eletrosfera.
O núcleo é composto de prótons (partículas de carga positiva)
e nêutrons (partículas de carga neutra).
A eletrosfera é constituída pelos elétrons (partículas de carga
negativa) que giram ao redor do núcleo.
Acontece que os elétrons se distribuem na eletrosfera em
posições diferentes, uns mais perto do núcleo e outros mais
afastados, formando as chamadas camadas eletrônicas.
Estrutura Atômica
Diagrama de Linus Pauling:
Elas são designadas pelas letras K, L, M, N, O, P e Q, sendo
K a primeira camada, a mais próxima do núcleo.
Estrutura Atômica
Diagrama de Linus Pauling:
Uma característica destas camadas é que, cada uma delas
possui um número máximo de elétrons que podem comportar,
conforme tabela que segue:
Níveis ou 
Camadas
Número Máximo 
de Elétrons
Subníveis
1 ou K 2 s2
2 ou L 8 s2, p6
3 ou M 18 s2, p6, d10
4 ou N 32 s2, p6, d10, f14
5 ou O 32 s2, p6, d10, f14
6 ou P 18 s2, p6, d10
7 ou Q 8 s2, p6
Estrutura Atômica
Diagrama de Linus Pauling:
- A ordem
pela qual os
elétrons vão
preenchendo
as camadas é
a seguinte?
- Qual a
distribuição
dos subníveis
do Ferro ?
Estrutura Atômica
Diagrama de Linus Pauling:
Quanto mais próxima do
núcleo está uma camada,
maior é a atração que o núcleo
exerce sobre os elétrons dela e
menos energia esses elétrons
possuem.
Em compensação, os elétrons
das camadas mais afastadas
do núcleo são atraídos por ele
com intensidade menor, e
portanto possuem mais
energia.
A figura a seguir representa a
energia relativa dos elétrons
para as várias camadas e
subcamadas.
Estrutura Atômica
Diagrama de Linus Pauling:
Estrutura Atômica
Subníveis em ordem energética e em ordem
geométrica:
No exemplo da distribuição do átomo de ferro, perceba que,
quando escrevemos a sequência de subníveis segundo as
diagonais do diagrama, escrevemos exatamente na ordem
crescente: 1s2 – 2s2 – 2p6 – 3s2 – 3p6 – 4s2 – 3d6. Essa é a
chamada ordem energética.
A outra forma de representar a distribuição eletrônica por
subníveis de energia é a ordem geométrica. Nela, após fazer a
distribuição conforme a ordem energética, agrupamos os
subníveis de cada camada. No caso átomo de ferro, a ordem
geométrica fica assim: 1s2 – 2s2 2p6 – 3s2 3p6 3d6 – 4s2.
Estrutura Atômica
Exemplo: 
De acordo com o Diagrama de Pauling, determine a
distribuição por subníveis na ordem energética,
geométrica e por camadas do Vanádio (V).
Estrutura Atômica
Exercícios: 
1 - Quantos átomos existem em:
a) 26,98 g de alumínio.
b) 3 cm3 de alumínio (Massa específica = 2,710 g/cm3).
c) 1 tonelada de ferro.
2 - Utilizando o diagrama de Pauling e considerando o elemento
tungstênio (W). Responda:
a) Qual a distribuição eletrônica por subníveis?
b) Qual a distribuição eletrônica por níveis?
3 - Qual é a distribuição eletrônica dos seguintes elementos
químicos (use o princípio de Linus Pauling):
a) Ferro (Fe) =
b) Cromo (Cr) =
c) Manganês (Mn) =
d) Xenônio (Xe) =
Estrutura Atômica
O que é energia de 
ligação?
Estrutura Atômica
Força de Ligação:
Atrações e repulsões entre dois átomos em aproximação
Os princípios das ligações atômicas são considerados quando
ocorre a interação entre dois átomos isolados à medida que eles
são colocados em proximidade.
A grandes distâncias, as interações entre eles são desprezíveis; no
entanto, à medida que os átomos se aproximam, cada um exerce
forças sobre o outro.
Essas forças são de dois tipos, atrativa e repulsiva, e a intensidade
de cada uma delas é função da separação ou distância
interatômica.
Estrutura Atômica
Força de Ligação:
Atrações e repulsões entre dois átomos em aproximação
A origem de uma força atrativa FA depende do tipo específico de
ligação que existe entre os dois átomos. A sua intensidade varia
com a distância, como está representado esquematicamente na
Figura a seguir.
No final das contas, as camadas eletrônicas mais externas dos dois
átomos começam a se superpor, e uma intensa força repulsiva FR
entra em ação.
A força líquida FL entre os dois átomos é exatamente a soma das
componentes de atração e de repulsão.
Estrutura Atômica
Força de Ligação:
Atrações e repulsões entre dois átomos em aproximação
A distância interatômica é a distância de equilíbrio (r0 ou a0) onde as
Força de Atração e Força de Repulsão são iguais.
Quando a soma das forças atrativas e repulsivas é zero, os átomos
estão na chamada distância de equilíbrio.
A distância de equilíbrio é considerada como a soma dos raios dos dois
átomos.
Uma vez nesta posição, pela ação de uma força atrativa os dois átomos
irão neutralizar qualquer tentativa de separá-los, e pela ação de uma
força repulsiva também neutralizarão as tentativas de aproximar um
contra o outro.
Estrutura Atômica
Energia de Ligação:
Estrutura Atômica
Ligações Químicas?
Estrutura Atômica
Ligações Química: 
- É a força atrativa que mantém dois ou mais átomos unidos. Os átomos se
ligam a outros para completarem suas camadas de valência.
- Camada de valência é a última camada da eletrosfera do átomo e ela é
considerada completa se possuir oito elétrons (para átomos com mais de
uma camada) ou dois elétrons (para átomos com uma única camada). Assim,
desde que sua camada não esteja completa, ele irá se ligar a outros átomos
para tentar completá-la.
- Como a parte mais externa dos átomos é a sua eletrosfera e para ocorrer
uma ligação química é necessário que os átomos se aproximem, é fácil
perceber que os elétrons mais externos são os responsáveis pelo tipo de
ligação química que se estabelece.
- Um íon é um átomo que possui déficit ou excesso de elétrons. Para o
primeiro caso, adquire carga positiva (Cátion). Para o segundo, carga
negativa (Ânion) – uma vez que a carga do elétron é negativa.
Estrutura Atômica
Estrutura Atômica
Estrutura Atômica
Tipos de Ligações:
- Primárias: Basicamente, os átomos podem atingir uma configuração
denominada de estável a partir de três maneiras:
- Ganho de elétrons, Perda de elétrons ou Compartilhamento de elétrons.
• Elemento eletronegativo: facilidade em ganhar elétrons (Ânions)
• Elemento eletropositivo: facilidade em perder elétrons (Cátions)
Estrutura Atômica
Tipos de Ligações:
- Secundárias:Ocorre uma atração entre as moléculas sem ocorrer
transferência ou compartilhamento de elétrons.
Estrutura Atômica
Ligação Iônica: 
Quando mais de um tipo de átomo
está presente em um material, um
deles pode ceder seus elétrons de
valência para o outro, preenchendo a
camada de energia mais externa
daquele.
Ambos os átomos, então, passam a
apresentar os seus níveis de energia
mais externos completos, adquirindo
uma carga elétrica.
Estrutura Atômica
Ligação Iônica: 
- Portanto, átomos das famílias 1A, 2A e 3A, tendem a perder elétrons,
formando o que é chamado de cátions (devido a perda do elétrons, o
átomo fica carregado positivamente).
- Já os das famílias 5A, 6A e 7A, tendem a ganhar elétrons, formando o
que é chamado de ânions (devido ao ganho do elétrons, o átomo fica
carregado negativamente).
- Esquematicamente, a ligação iônica entre átomos A e B, genéricos,
pode ser assim representada:
Estrutura Atômica
Ligação Iônica: 
Estrutura Atômica
Ligação Iônica: 
Estrutura Atômica
Exercício - Ligação Iônica: 
Um átomo X apresenta 13 prótons. A carga do íon estável
formado a partir deste átomo será:
a) – 2.
b) – 1.
c) + 1.
d) + 2.
e) + 3.
Estrutura Atômica
Exercício - Ligação Iônica: 
A camada mais externa de um elemento X possui 3 elétrons,
enquanto a camada mais externa de outro elemento Y tem
6 elétrons. Uma provável fórmula de um composto, formado
por esses elementos é:
a) X2Y3.
b) X6Y.
c) X3Y.
d) X6Y3.
e) XY.
Estrutura Atômica
Exercício - Ligação Iônica: 
O composto formado pela combinação do elemento X (Z = 20)
com o elemento Y (Z = 9) provavelmente tem fórmula:
a) XY.
b) XY2.
c) X3Y.
d) XY3.
e) X2Y.
Estrutura Atômica
Ligação Covalente: 
- A ligação covalente consiste no compartilhamento de um ou mais
elétrons entre átomos. E alguns elétrons passam a pertencer aos
dois átomos provocando uma atração eletrostática forte entre eles.
- Na ligação covalente, os átomos compartilham com outros átomos
os seus elétrons exteriores, de tal modo que cada átomo fica com
uma configuração eletrônica completa.
- A ligação covalente geralmente ocorre entre átomos de
eletronegatividade similares e altas (nestes é muito difícil remover
elétrons porque isso demandaria muita energia). É por isso que a
ligação covalente ocorre entre os átomos de ametais, semi-metais e
hidrogênio . (Família IV, V, VI, VII e Hidrogênio - Tabela).
Estrutura Atômica
Estrutura Atômica
Ligação Covalente: 
Estrutura Atômica
Ligação Covalente: 
Estrutura Atômica
Exercício - Ligação Covalente: 
Os elementos químicos N e Cl podem combinar-se
formando a substância:
a) NCl e covalente.
b) NCl2 e iônica.
c) NCl2 e covalente.
d) NCl3 e iônica.
e) NCl3 e covalente.
Estrutura Atômica
Exercício - Ligação Covalente: 
O gás carbônico (CO2) é o principal responsável pelo efeito
estufa, enquanto o dióxido de enxofre (SO2) é um dos
principais poluentes atmosféricos.
Se considerarmos uma molécula de CO2 e uma molécula de
SO2, podemos afirmar que o número total de elétrons
compartilhados em cada molécula é respectivamente igual a:
a) 4 e 3.
b) 2 e 4.
c) 4 e 4.
d) 8 e 4.
e) 8 e 6.
Estrutura Atômica
Ligação Metálica: 
É encontrada nos metais e nas suas ligas.
Os materiais metálicos possuem um, dois, ou no máximo três elétrons de
valência.
Estes elétrons não estão fortemente ligados ao núcleo e podem libertar-se
facilmente. Quando se colocam átomos metálicos em contato, os elétrons
que se libertam do núcleo formam uma “nuvem” em torno dos íons
positivos formados.
Os elétrons restantes, os que não são os elétrons de valência, juntamente
com os núcleos atômicos, formam o que é denominado como núcleos
iônicos, os quais possuem uma carga resultante positiva com magnitude
equivalente à carga total dos elétrons de valência por átomo.
Estrutura Atômica
Ligação Metálica: 
Conforme pode ser observado na Figura, o átomo de alumínio (Al) cede os
seus três elétrons de valência, tornando-se um íon com carga positiva +3;
Os elétrons de valência
movem-se livremente
pela nuvem de elétrons e
começam a se associar
com os outros íons
positivos formados;
Esses íons são mantidos
ligados pela atração
mútua com os elétrons
da nuvem, produzindo,
portanto, fortes ligações
metálicas.
Estrutura Atômica
Ligação Metálica: 
Os elétrons livres protegem os núcleos iônicos carregados
positivamente das forças eletrostáticas mutuamente repulsivas que os
núcleos iriam, de outra forma, exercer uns sobre os outros.
Adicionalmente, esses elétrons livres atuam como uma “cola”, que
mantém unidos os núcleos iônicos.
Nesta ligação, os elétrons são compartilhados por inúmeros átomos.
Estrutura Atômica
Moléculas:
Uma molécula pode ser definida como um grupo de átomos que estão
ligados entre si por meio de fortes ligações primárias.
Moléculas Polares e Apolares:
Molécula Polar:
Dois átomos: Se os átomos envolvidos na ligação forem de elementos
diferentes, esse fator caracteriza que a molécula é polar.
Exemplo: HF, HCl, ......
Molécula Apolar:
Dois átomos: Se os átomos envolvidos na ligação forem de elementos
iguais, esse fator caracteriza a molécula é apolar.
Exemplo: H2, O2, N2, .....
Estrutura Atômica
Moléculas Polares e Apolares: 
A polaridade de uma molécula que possui mais de dois átomos é
expressa pelo VETOR MOMENTO DE DIPOLO RESULTANTE.
Quando o vetor momento dipolar resultante der igual a zero, a
molécula é apolar, mas se der diferente de zero, ela será polar.
Estrutura Atômica
Moléculas Polares e Apolares: 
Estrutura Atômica
Moléculas Apolares: 
Estrutura Atômica
Moléculas Polares: 
Estrutura Atômica
Exercício - Moléculas Polares e Apolares: 
(Mackenzie-SP) Dentre as substâncias água (H2O) cloreto de
hidrogênio (HCl), tetracloreto de carbono (CCl4) e gás carbônico
(CO2), é correto afirmar que:
a) todas são moléculas polares.
b) somente o gás carbônico e o tetracloreto de carbono são
moléculas polares.
c) somente a água e o cloreto de hidrogênio são moléculas polares.
d) somente o cloreto de hidrogênio e o tetracloreto de carbono são
moléculas polares.
e) somente o tetracloreto de carbono e a água são moléculas
polares.
Estrutura Atômica
Exercício - Moléculas Polares e Apolares: 
(UFRS) O momento dipolar é a medida quantitativa da
polaridade de uma ligação. Determine quais substâncias
covalentes abaixo são moléculas apolares:
I) CH2
II) CS2
III) HBr
IV) N2
Estrutura Atômica
Ligações Secundárias ou Intermoleculares
Estrutura Atômica
Ligação de Hidrogênio ou Ponte de Hidrogênio: 
Átomos de hidrogênio ligados a átomos com alta
eletronegatividade. Somente ocorre a ligação se o hidrogênio
for ligado a uns dos três átomos abaixo:
F (Flúor) – O (Oxigênio) – N (Nitrogênio)
Ocorre entre moléculas polares;
Estrutura Atômica
Ligação de Hidrogênio ou Ponte de Hidrogênio: 
A linha contínua indica a
ligação covalente, e a
linha tracejada, a
interação conhecida
como ligação de
hidrogênio ou ponte de
hidrogênio.
Estrutura Atômica
Dipolo – Dipolo ou Dipolo Permanente:
Em uma MOLÉCULA POLAR sua extremidade NEGATIVA atrai a
extremidade POSITIVA da molécula vizinha, o mesmo ocorre com sua
extremidade positiva que interage com a parte negativa de outra
molécula vizinha.
Ocorre entre moléculas polares, MAS que NÃO estejam ligadas por
ponte de hidrogênio;
Ex.: HCl, HF, NH3, ....
Estrutura Atômica
Ligação Dipolo – Dipolo Permanente: 
Estrutura Atômica
Dipolo Induzido ou Forçade London:
Ocorre entre moléculas apolares;
Nas moléculas APOLARES, uma nuvem de elétrons se encontra em
constante movimento. Se, durante uma fração de segundo, esta
nuvem eletrônica estiver deslocada para um dos extremos da
molécula, pode-se dizer que foi criado um DIPOLO INDUZIDO, isto
é, por um pequeno espaço a molécula possui PÓLOS.
Ex.: Cl2