Capítulo 2 - Estrutura atômica e ligações - A2

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Aplicações dos Materiais em Engenharia Química
Prof. Dr. Roniérik Pioli Vieira
Capítulo 1
Introdução à Ciência e Engenharia de Materiais
Metais
Cerâmicas
Polímeros
Capítulo 1
Introdução à Ciência e Engenharia de Materiais
Compósitos
Capítulo 1
Introdução à Ciência e Engenharia de Materiais
Materiais Avançados
Aplicação dos Materiais em Engenharia Química
Prof. Dr. Roniérik Pioli Vieira
Capítulo 2
Estrutura atômica e ligações
Capítulo 2
Estrutura atômica e ligações
100 %
Mecânica clássica:
Bohr
Mecânica ondulatória
Mecânica ondulatória: o elétron não é mais tratado como uma partícula que se move em um orbital discreto. A posição do elétron é considerada como probabilidade do elétron estar em vários locais ao redor do núcleo. Nuvem eletrônica.
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Capítulo 2
Estrutura atômica e ligações
Forças e energias de ligação
A magnitude de FA e FR depende de r. A origem de Fa depende do tipo de ligação entre dois átomos. Fr surgem de interações entre nuvens eletrônicas carregadas negativamente dos dois átomos e são importantes em pequenos valores de r, conforme as camadas mais externas começam a se sobrepor. F resultante é a soma de Fa e Fr. Para muitos átomos r (equilíbrio) é de 3 Angstrons (0,3 nm).
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Capítulo 2
Estrutura atômica e ligações
Forças e energias de ligação
Energia de ligação: ponto mínimo. Energia necessária para separar os dois átomos. A magnitude dessa energia e a forma da curva variam de material para material. E ambas dependem do tipo de ligação. Materiais com grandes energias de ligação tem altos PF e estão geralmente em estado sólido. Materiais com baixa energia de ligação, gasosos e baixos PF. Ligações intermediárias em geral nos líquidos. A rigidez mecânica (módulo de elasticidade) depende da inclinação de F em função de r, quanto maior, mais rígido o material. A forma da curva da energia de ligação influencia na expansão térmica do material. Quanto mais profunda e estreita, menor o coeficiente de expansão térmica.
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Capítulo 2
Estrutura atômica e ligações
Ligações Interatômicas
Iônica
Covalente
Metálica
A ligação iônica é não-direcional, a magnitude da ligação é igual em todas as direções ao redor do íon. Para que materiais iônicos sejam estáveis, em um arranjo tridimensional, todos os íons positivos devem ter como vizinhos mais próximos íons carregados negativamente. Esta é a ligação predominante em materiais cerâmicos. 
Ligação covalente ocorre através do compartilhamento de elétrons. Existem compostos que apresentam ligações parcialmente covalentes e iônicas; O caráter da ligação depende da eletronegatividade. 
Ligação metálica: os elétrons de valência não se encontram ligados a um átomo particular do sólido e são livres para se movimentar através do material. Eles podem ser pertencentes ao metal como um todo formando um “mar de elétrons”. É de natureza não direcional. Os elétrons livres atuam como uma cola, que mantém os núcleos iônicos unidos.
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Capítulo 2
Estrutura atômica e ligações
Capítulo 2
Estrutura atômica e ligações
Ligações Intermoleculares
Dipolo induzido
Ligação polar (dipolo-dipolo)
Ligação de hidrogênio
Aplicação dos Materiais em Engenharia Química
Prof. Dr. Roniérik Pioli Vieira
Capítulo 3
Estruturas dos metais e cerâmicas
Capítulo 3
Estruturas dos metais e cerâmicas
Estruturas cristalinas de metais
Basicamente 3 tipos de estrutura cristalina: CFC, CCC, HC.
Capítulo 3
Estruturas dos metais e cerâmicas
Estruturas cristalinas de metais
Cúbica de Face Centrada (CFC)
Número de átomos/célula unitária?
Cu Al Au Ag
Capítulo 3
Estruturas dos metais e cerâmicas
Estruturas cristalinas de metais
Cúbica de Corpo Centrado (CCC)
Número de átomos/célula unitária?
Cr W
Capítulo 3
Estruturas dos metais e cerâmicas
Estruturas cristalinas de metais
Hexagonal Compacta (HC)
Número de átomos/célula unitária?
Cd
Mg
Ti
Zn
Capítulo 3
Estruturas dos metais e cerâmicas
Estruturas cristalinas de metais
Exemplo 3.1: Calcule o volume de uma célula unitária CFC em termos do raio atômico R.
Capítulo 3
Estruturas dos metais e cerâmicas
Estruturas cristalinas de metais
Fator de Empacotamento Atômico (FEA)
Capítulo 3
Estruturas dos metais e cerâmicas
Estruturas cristalinas de metais
Exemplo 3.2: Mostre que o FEA para a estrutura cristalina CFC é de 0,74; e para a CCC de 0,68.
ferro α (ferrita)
ferro γ (austenita)
Exemplo 3.3: o cobre tem um raio atômico de 0,128 nm, uma estrutura cristalina CFC e uma massa molar de 63,5 g/mol. Calcule sua densidade teórica e compare a resposta com sua densidade medida.
Capítulo 3
Estruturas dos metais e cerâmicas
Estruturas cristalinas de metais
ρ(exp.) = 8,85 g cm-3