1 - Ligações Atômicas Estruturas Cristalinas e Amorfas

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Ligações Atômicas Estruturas Cristalinas e Amorfas 
Uma melhor compreensão de muitas propriedades físicas dos materiais está baseada no 
conhecimento das forças inter-atômicas que unem os átomos. Para que possamos entender 
melhor esse assunto vamos considerar a interação de dois átomos isolados. Ao aproximar dois 
átomos cada um exerce uma força sobre o outro que é de dois tipos: força de atração (FA) e 
fora de repulsão (FR). A magnitude dessas forças depende da distância entre os átomos, o 
equilíbrio entre a força de atração e de repulsão determina a força resultante (FRT), ou seja, os 
átomos não se aproximam ou se afastam mais, porque as forças que os atraem e os afastam 
estão em equilíbrio. Quando isso ocorre uma distância entre os átomos é estabelecida, está 
distância é determinada pela magnitude das forças de atração e repulsão. Como é mais 
conveniente trabalhar com a energia potencial entre dois átomos do que suas forças, podemos 
determinar matematicamente a energia de ligação para esses dois átomos e é esta que mantém 
a ligação entre eles. O gráfico abaixo relaciona essas forças e energias com a distância inter -
atômica. 
 
 
Embora esta discussão seja simplificada para apenas dois átomos na natureza a situação não é 
tão simples. Temos que considerar as interações entre vários átomos. Obviamente uma energia 
de ligação será associada a cada átomo, e sua magnitude vai depender do tipo de ligação 
atômica do material e seu estado físico. Por exemplo, material que possuem grande energia de 
ligação, em geral, também possuem temperaturas de fusão elevadas; a temperatura ambiente, a 
formação de substâncias sólidas, é favorecida por energia de ligação elevadas enquanto que 
energia de ligação pequenas favorecem o estado gasoso. Seguindo esse raciocínio é possível 
relacionar diversas propriedades físicas e mecânicas com a energia de ligação como; rigidez 
mecânica, temperatura de fusão, coeficiente de expansão térmico linear entre outros. Três 
tipos diferentes de ligação primária ou ligação química estão presentes nos sólidos. São elas: 
iônica, covalente e metálica e envolvem os elétrons de valência e como eles formam estruturas 
eletrônicas estáveis. Para melhor elucidar esse assunto vejamos isoladamente os tipos de ligação 
primária. 
 
Ligação iônica: 
Caracterizada pela composição de elementos metálicos com elementos não-metálicos, como os 
elementos metálicos perdem os elétrons de valência para os não metálicos isso permite que 
todos os átomos adquiram configurações estáveis. Um exemplo característico é o do sal de 
cozinha (cloreto de sódio). 
 
Como a ligação iônica é considerada não direcional, isto é, a magnitude da ligação é igual em 
todas as direções ao redor do íon. A consequência disso é a de que os íons positivos devem ser 
circundados por íons negativos para que a estrutura seja estável. Isso impede a movimentação 
atômica o que caracteriza esses materiais como duros e frágeis.Já que a energia de ligação é 
considerada alta esses materiais apresentam elevada temperatura de fusão, além disso, são 
isolantes térmicos e elétricos. 
Ligação covalente: 
Neste tipo de ligação as configurações estáveis são adquiridas com o compartilhamento de 
elétrons entre os átomos. Estes elétrons podem ser considerados como pertencentes a ambos os 
átomos, dessa forma a ligação covalente é direcional. Ligações covalentes podem ser muito 
fortes, como no caso do diamante, que é muito duro e possui temperatura de fusão e levada 
(3550Ë¿C), ou podem ser muito fracas como ocorre com o bismuto onde a temperatura de fusão 
é muito baixa (270ºC). 
 
Como característica das ligações direcionais os elétrons não estão livres para se movimentar no 
interior da estrutura sólida, portanto esses materiais são maus condutores elétricos e térmicos. 
Ligação metálica: 
A ligação metálica é encontrada nos metais e nas suas ligas. Em um modelo simples que explica 
esse tipo de ligação os elétrons de valência não estão ligados a um átomo em particular no 
sólido, mas se encontram relativamente livres para se movimentar por todo o metal. Eles podem 
ser considerados como um “mar de elétrons” ou uma “nuvem de elétrons” o restante da 
estrutura é formada por núcleos iônicos. Os elétrons livres protegem os núcleos iônicos, 
carregados positivamente das forças eletrostáticas mutuamente repulsivas que eles iriam, de 
outra forma exercer uns sobre os outros; consequentemente a ligação metálica exibe uma 
natureza não direcional. São, então, os elétrons livres que mantém unidos os núcleos iônicos. 
 
Como alguns comportamentos gerais dos sólidos podem ser explicados pelo tipo de ligação. Os 
metais, por terem elétrons livres são bons condutores térmicos e elétricos, outra característica 
implícita da ligação metálica é o comportamento dúctil, a temperatura ambiente, da maioria 
dos metais e suas ligas. 
 
Ligações secundárias: 
As ligações secundárias ou forças de Van der Walls são ligações fracas, em comparação as 
ligações primarias. Produzidas por dipolos atômicos ou moleculares como exemplo mais comum 
temos a “ponte de hidrogênio”. Essas interações, atômicas ou moleculares fracas são 
responsáveis por diversas propriedades dos sólidos com grande influência nos polímeros.