Buscar

atividades de aula

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você também pode ser Premium ajudando estudantes

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você também pode ser Premium ajudando estudantes

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você também pode ser Premium ajudando estudantes
Você viu 3, do total de 18 páginas

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você também pode ser Premium ajudando estudantes

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você também pode ser Premium ajudando estudantes

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você também pode ser Premium ajudando estudantes
Você viu 6, do total de 18 páginas

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você também pode ser Premium ajudando estudantes

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você também pode ser Premium ajudando estudantes

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você também pode ser Premium ajudando estudantes
Você viu 9, do total de 18 páginas

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você também pode ser Premium ajudando estudantes

Prévia do material em texto

Ciências dos materiais– 2020 
 
 
AULA 4 Tipos de materiais 
 
Estudo da Força de atração atômica 
1 - Materiais 
 
Define-se material como sendo aquilo que empregamos na confecção de bens materiais tais como: 
habitações, veículos, máquinas e equipamentos, utensílios, etc. 
 
1-1. Classificações 
Os materiais são classificados tecnicamente em três classes principais independentes e uma 
composta (ver Figura 1-1), denominadas, respectivamente: polímeros, cerâmicas, metais e compósitos. 
Os materiais metálicos compõem o tema central da metalurgia. 
 
 
Figura 1-1: Classificação técnica dos materiais 
 
Dentro dessa ótica, J.W. Bullard (http://www.mse.uiuc.edu/info/mse182/t41.html), da Universidade 
de Illinois, EUA, apresenta as principais subclasses dessa classificação: 
 
Classe Subclasse 
 Ciências dos materiais– 2020 
 
 
Metais A. Ferro e aço; 
B. Ligas não-ferrosas e superligas (aplicações aeroespaciais) 
C. Compostos intermetálicos (materiais estruturais de alta temperatura) 
Cerâmicas A. Cerâmicas estruturais (materiais estruturais de alta temperatura) 
B. Refratários (materiais resistentes à corrosão, isolantes térmicos) C. 
Cerâmica branca (porcelanas) 
D. Vidros 
E. Cerâmicas para aplicações elétricas (capacitores, isolantes, transdutores, etc.) 
F. Cerâmicas ligadas quimicamente (cimento e concreto) 
Polímeros A. Plásticos 
B. Cristais líquidos 
C. Adesivos 
Compósitos A. Compósitos particulados (pequenas partículas dispersas em um material 
diferente) 
B. Compósitos laminados (tacos de golfe, raquetes de tênis) 
C. Compósitos reinforçados com fibras (fibra de vidro, fibra de carbono) 
Tabela 1-I: Principais subclasses de materiais (adaptado) 
A maioria das classificações dos materiais nasceu num tempo em que as propriedades mecânicas 
estavam em primeiro plano. Assim, a primeira associação de materiais é feita tendo-se em vista 
normalmente uma determinada propriedade mecânica ou estrutural: dureza, resistência, fragilidade, etc. 
Outras classificações podem ser feitas como, por exemplo, com base na Química (Tabela 1-II). 
 
 Ligação Menor partícula Estrutura 
Metais metálica átomo cristalina 
Semicondutores covalente, (iônica) átomo cristalina (raram. amorfa) 
Cerâmicos covalente, iônica molécula cristalina 
Vidros covalente, iônica molécula amorfa 
Polímeros covalente, lig. secundárias cadeia de moléculas amorfa (raram. cristalina) 
Tabela 1-II: Classificação química dos materiais 
 
Uma classificação moderna e muito interessante dos materiais é aquela onde eles são divididos 
em apenas dois grandes grupos: 
 materiais estruturais: que são todos os materiais para os quais as propriedades 
mecânicas têm um papel fundamental; e 
 materiais funcionais: que servem para cumprir um grupo de funções como, por 
exemplo, materiais ‘semicondutores’, materiais magnéticos, materiais condutores de 
eletricidade, luz, etc. 
 Ciências dos materiais– 2020 
 
 
Lembre-se, contudo, que a natureza é refratária às classificações e que uma classificação 
totalmente isenta de exceções é virtualmente inexistente. 
1-2. Propriedades 
Os materiais são usados por causa de suas boas propriedades. Usamos vidro nas vidraças porque 
é transparente à luz visível, aço nos automóveis por causa da sua boa resistência mecânica, cobre nos 
condutores elétricos por causa da sua boa condutividade elétrica. 
Naturalmente o valor de uma propriedade varia mesmo entre os materiais de uma mesma classe, 
contudo, é possível observar-se certo grau de correlação entre as classes de materiais e as propriedades. 
A magnitude de algumas propriedades (mecânicas) interessantes, para as quatro diferentes classes de 
materiais, pode ser vista na Tabela 1-III. 
 
Propriedade Unidade Metais Cerâmicas Polímeros Compósitos* 
Densidade Mg**/m3 2-10 1-5 1-2 1,5-2,0 
Mód. de Young GPa 50-200 10-1000 0,01-10 10-200 
Res. à tração MPa 50-2000 1-800 5-100 100-1000 
* com matriz polimérica 
** Mg = megagrama ou tonelada (métrica) 
 
Tabela 1-III: Faixas de algumas propriedades, por classe de material 
 Fonte: Ashby e Jones, Eng. 
Mat.2, p.376 
Duas propriedades mecânicas citadas acima estão relacionadas com o nível de tensão (que possui 
as unidades da pressão): o módulo de Young e a resistência mecânica à tração. Elas exemplificam a 
grande relevância que a tensão tem no estudo dos materiais. 
 
 
1-3. Materiais metálicos: características e aplicações 
 
1. Características básicas: 
 
▪ átomos organizados numa estrutura repetitiva regular (cristal); 
▪ relativamente resistente (propriedade mecânica); 
▪ denso; 
▪ maleável ou dúctil: alta plasticidade; 
▪ resistente à fratura: alta tenacidade; 
▪ excelente condutor de eletricidade e calor; 
▪ opaco à luz visível; 
▪ aparência com (o assim chamado) brilho metálico. 
 
Aplicações: 
 
 Ciências dos materiais– 2020 
 
 
• condução de eletricidade: fiação elétrica; 
• estruturas: construção civil, pontes, pavilhões industriais, etc.; 
• automóveis: corpo, chassis, molas, bloco do motor, etc.; 
• aeroplanos: componentes do motor, fuselagem, conjuntos de trem de pouso, etc.; 
• trens: trilhos, componentes do motor, corpo, rodas; 
• máquinas e ferramenta: brocas, martelos, chaves-de-fenda, lâminas de serra, etc.; 
• materiais com memória de forma: próteses dentárias corretoras de mau posicionamento; 
• magnetos; 
• catalisadores. 
 
Exemplos de metais e ligas empregados freqüentemente: 
 
• elementos metálicos ‘puros’: Cu, Zn, Al, etc.; 
• ligas: Cu-Sn (bronze), Cu-Zn (latão), Fe-C (aço), Pb-Sn (solda), NiTi (Nitinol); ƒ compostos 
intermetálicos: WC (‘widia’). 
 
1-4. Principais razões para a aplicação dos materiais metálicos 
 
Natureza da 
propriedade 
Exemplos: 
Propriedades 
físicas 
Condutividade elétrica e térmica, refratariedade, cor, brilho, densidade; 
Propriedades 
mecânicas 
Resistência em alta e baixa temperatura, conformabilidade, tenacidade, 
ductilidade, dureza; 
Propriedades 
químicas 
Susceptibilidade à corrosão (aquosa e oxidação em alta temperatura); Formação 
de ligas com outros metais e soldagem; 
Conhecimento 
científico 
De como conformar, como tratar (dar propriedades interssantes), etc.; 
Fatores de 
produção 
Abundância e oferta confiável de matérias primas; suprimento garantido; métodos 
extrativos conhecidos; e, processos de produção não-poluentes; Mercado 
confiável para "produtos metálicos" 
 
Fatores Durabilidade; 
ambientais Reciclabilidade do material; Degradação rápida e 
sem perigos; 
Produtos da decomposição conhecidos. 
 
Fatores de custo De produção da mercadoria metálica; 
De manutenção 
 Ciências dos materiais– 2020 
 
 
De reposição 
 
 
 
1-5. A competição entre os materiais e os casos mais difíceis 
Materiais de diferentes classes (ou, mesmo, da mesma classe) competem entre si nas diferentes 
aplicações que lhes podemos dar em utensílios, mecanismos, habitações, móveis, meios de transporte, 
etc. 
Fora dessa região de franca competição, há duas áreas, em campos opostos, onde existem 
dificuldades em se aplicar materiais; elas são: (i) a região das aplicações sem materiais sucedâneos e, (ii) 
a das aplicações ainda sem materiais ‘ideais’ ou eficientes. Um exemplo do primeiro é dado pelo tungstênio 
em filamentos de lâmpadas incandescentes e, do segundo, é dado pelo vidro em janelas blindadas! 
 
Tipos de materiais usados em metal mecânica 
Existe uma classificação geral de materiais no setor de metal mecânica que ajuda 
a identificar as propriedades de cada material. 
• 
 
• 
No ramo de engenharia, há milhares de materiaisdisponíveis para o uso nas mais diversas 
aplicações, processos e metodologias. A maioria dos tipos de materiais em metal mecânica é dividida 
em três classes que são baseadas nas forças atômicas da ligação de um material particular. 
Basicamente, são três classificações: materiais metálicos, cerâmicos e polímeros. Adicionalmente, 
alguns materiais diferentes podem ser combinados para criar um novo material composto. Dentro de 
cada uma destas classificações, os materiais são organizados em grupos com base em suas 
composições químicas ou de acordo com determinadas propriedades físicas ou mecânicas. Os 
materiais compostos são agrupados pelos tipos de combinações ou pela forma como eles estão 
organizados. Abaixo segue uma lista de alguns materiais classificados dentro destes quatro grupos 
gerais de materiais. 
Metais – Metais e ligas ferrosos (ferros, aços de carbono, ligas de aço, aços inoxidáveis, ferramenta 
e matrizes de aços) 
 Ciências dos materiais– 2020 
 
 
Metais não-ferrosos e ligas (alumínio, cobre, magnésio, níquel, titânio, metais preciosos, metais 
refratários e super ligas). 
Cerâmica – Vidros, cerâmica de vidro, grafite e diamante. 
Polímeros – Plásticos termoplásticos, plásticos termofixos, elastômeros e compostos. 
Compostos – Plásticos reforçados; Compostos de matriz de metal; Compostos de matriz de 
cerâmica; Estruturas de encaixe. 
Concreto – Os metais são responsáveis por cerca de dois terços de todos os elementos e cerca de 
24% da massa do planeta. Eles têm propriedades úteis, incluindo força, ductilidade, alto ponto de 
fusão, condutividade térmica e elétrica e boa resistência. Da tabela periódica, pode-se ver que um 
grande número de elementos é classificado como sendo um metal. Alguns dos mais comuns metais 
e suas utilizações típicas são apresentados abaixo. 
Materiais metálicos comuns: 
Ferro / Aço – As ligas de aço são usadas para aplicações de força crítica; 
Alumínio – O alumínio e suas ligas são fáceis de dar forma, são baratos, recicláveis e facilmente 
encontrados no ambiente; 
Cobre – O cobre e as ligas de cobre têm muitas propriedades que os tornam úteis, incluindo a 
condutividade elétrica e térmica elevada, alta ductilidade e boa resistência à corrosão; 
Titânio – As ligas de titânio são usadas para aplicações que exijam a força em altas temperaturas 
(aproximadamente 537°C), quando o peso do componente é uma preocupação, ou quando a boa 
resistência à corrosão é necessária; 
Níquel – As ligas de níquel são usadas em temperaturas ainda mais elevadas (815 a 1093°C) ou 
quando a boa resistência à corrosão é necessária; 
Materiais refratários são utilizados para aplicações com temperatura mais alta (superiores a 1093°C). 
 Ciências dos materiais– 2020 
 
 
A principal característica que distingue os metais dos não metais é a sua ligação. Os materiais 
metálicos têm elétrons livres para se mover facilmente de um átomo para outro. A existência destes 
elétrons livres tem uma série de consequências profundas para as propriedades dos materiais 
metálicos. Por exemplo, esses materiais metálicos tendem a ser bons condutores elétricos, porque 
os elétrons livres podem se mover dentro do metal com facilidade.
 
Cerâmica 
A cerâmica tem sido tradicionalmente definida como um sólido, inorgânico não metálico que é 
preparado a partir de materiais em pó; é fabricado através da aplicação de calor e exibe tais 
propriedades características como dureza, resistência, baixa condutividade elétrica e fragilidade. A 
palavra cerâmica vem da palavra grega “Keramikos”, o que significa que são materiais de natureza 
cristalina, compostos formados entre elementos metálicos e não metálicos como o alumínio e o 
oxigênio, cálcio e oxigênio, silicone e nitrogênio. 
Dependendo do seu método de formação, a cerâmica pode ser densa ou leve. Normalmente 
demonstra excelente resistência e dureza, no entanto, é muitas vezes frágil por natureza. A cerâmica 
também pode ser formada para servir como material eletricamente condutivo ou isolante. Algumas 
cerâmicas, como supercondutores, também apresentam propriedades magnéticas. Elas também são 
 Ciências dos materiais– 2020 
 
 
mais resistentes a altas temperaturas do que os metais e polímeros. Devido à vasta gama de 
propriedades dos materiais cerâmicos, eles são usados para uma infinidade de aplicações. 
As grandes categorias ou segmentos que compõem a indústria de cerâmica podem ser classificadas 
como: produtos cerâmicos estruturais (tijolos, tubulação de esgoto, coberturas e paredes de azulejo, 
forros de combustão, etc); louças brancas (louças, pisos, azulejos, porcelana elétrica, etc); refratários 
(tijolos e produtos monolíticos usados em metal, vidro, cimento, cerâmica, conversor de energia, 
petróleo e indústrias de produtos químicos); vidros (vidro plano [janelas], recipientes de vidro 
pressionado [garrafas], vidro soprado [louças], fibras de vidro [isolamento em casas] e vidro avançado 
/especialidade [fibras ópticas]); abrasivos (natural [como granadas, diamantes, etc] e sintéticos 
[carboneto de silício, diamante, alumina fundida, etc], abrasivos são usados para retificação, corte, 
polimento, lapidação, ou jateamento a pressão de materiais); cimentos (para estradas, pontes, 
edifícios, barragens e etc); cerâmica avançada; estrutural (peças de desgaste, biocerâmicas, 
ferramentas de corte e componentes de motor); elétrico (capacitores, isoladores, substratos, peças 
de circuito integrado, piezelétricos, ímãs e supercondutores); revestimentos (componentes de motor, 
ferramentas de corte, peças de desgaste, etc.); química e ambiental (filtros, membranas, 
catalisadores e sustentação do catalisador). 
Os átomos em materiais cerâmicos são mantidos juntos por uma ligação química. As duas ligações 
químicas mais comuns para materiais cerâmicos são chamadas de covalentes e iônicas. As ligações 
covalentes e iônicas são muito mais fortes do que as ligações metálicas e, em geral, é por isso que a 
cerâmica é frágil e os metais são dúcteis. 
Polímeros 
Um sólido polimérico pode ser considerado como um material que contém muitas partes 
quimicamente ligadas, ou unidades, que são unidas para formar um sólido. A palavra polímero 
significa, literalmente, “muitas partes”. Dois materiais importantes industrialmente são os polímeros 
plásticos e os elastômeros. Os plásticos são um grupo grande e variado de materiais sintéticos 
processados por formação ou moldagem. Assim como existem muitos tipos de metais como o 
alumínio e o cobre, existem muitos tipos de plásticos, como o polietileno e o nylon. Já os elastômeros 
 Ciências dos materiais– 2020 
 
 
ou borrachas podem ser deformados elasticamente em grande quantidade quando uma força é 
aplicada sobre eles, podendo retornar à sua forma original (ou quase), quando a força é liberada. 
Os polímeros têm muitas propriedades que os tornam essenciais para uso em determinadas 
condições. Muitos polímeros são menos densos do que os metais ou a cerâmica, resistem à corrosão, 
oferecem boa compatibilidade com o tecido humano e apresentam excelente resistência à condução 
de corrente elétrica.Os plásticos de polímeros podem ser divididos em duas classes: termoplásticos 
e plásticos termofixos, dependendo de como eles são estruturalmente e quimicamente ligados. 
Polímeros termoplásticos compreendem quatro tipos de materiais comuns mais importantes – 
polietileno, polipropileno, poliestireno e policloreto de vinila. Há também uma série de polímeros 
especiais. 
O termo “termoplástico” indica que estes materiais derretem com o aquecimento e podem ser 
processados com base em algumas técnicas de moldagem e extrusão. Alternadamente, os termofixos 
são polímeros que não podem ser derretidos ou refundidos. Os polímeros termofixos incluem resinas 
alquídicas, resinas amino e fenólicos,epóxis, poliuretanos e poliésteres insaturados. 
A borracha é um polímero que ocorre naturalmente na natureza. No entanto, a maioria dos polímeros 
é criada nos laboratórios de engenharia, com a combinação de átomos de hidrogênio e carbono e por 
meio do arranjo das cadeias que se formam. A molécula de polímero é uma longa cadeia de átomos 
covalentes ligados e entitulados como secundários, sugerindo grupos de cadeias de polímero 
formando o material polimérico. Os polímeros são produzidos principalmente a partir do petróleo ou 
do gás natural bruto, mas o uso de substâncias orgânicas é crescente. O super material conhecido 
como Kevlar é um polímero sintético. O Kevlar é usado em coletes à prova de bala, peças fortes, 
leves e cabos submarinos que são até 20 vezes mais fortes do que o aço. 
Compostos 
Um composto é comumente definido como uma combinação de dois ou mais materiais distintos, cada 
um dos quais mantém as suas propriedades distintas, para criar um novo material com propriedades 
que não podem ser alcançadas por qualquer um dos componentes isoladamente. Usando esta 
definição, pode-se determinar que uma ampla gama de materiais de engenharia se enquadra nesta 
categoria. Por exemplo, o concreto é um composto, pois é uma mistura de cimento e agregados. A 
 Ciências dos materiais– 2020 
 
 
folha de fibra de vidro é um composto, uma vez que é feita de fibras de vidro embutidas em um 
polímero. 
Os materiais compostos são conhecidos por terem duas fases. A fase de reforço abrange as fibras, 
folhas ou partículas que são incorporadas na fase matriz. O material de reforço e o material de matriz 
podem ser de metal, cerâmica ou polímeros. Normalmente, os materiais de reforço são fortes com 
baixas densidades, enquanto o material de matriz é geralmente dúctil e resistente. 
Algumas das classificações comuns de compósitos são: 
Plásticos reforçados – Compostos de metal matriz; Compostos de cerâmica matriz; Estruturas de 
encaixe 
Concreto 
Os materiais compostos assumem muitas formas, mas eles podem ser separados em três categorias 
baseadas no mecanismo de fortalecimento. Estas categorias são dispersão reforçada, partícula 
reforçada e fibra reforçada. Os compostos de dispersão reforçada têm uma distribuição fina de 
partículas secundárias na matriz do material. Estas partículas impedem que os mecanismos permitam 
que um material se deforme. Muitos compostos de matriz metálica entram na categoria de dispersão 
reforçada. Os compostos de partículas reforçadas têm uma fração grande de partículas dispersas na 
matriz e a carga é compartilhada pelas partículas e a matriz. Cerâmicas comerciais e muitos 
polímeros preenchidos são partículas reforçadas. Em compostos reforçados por fibras, a fibra é o 
componente de suporte de carga primário. A fibra de vidro e os compostos de fibra de carbono são 
exemplos de compostos reforçados por fibras. 
Se a composição é projetada e fabricada corretamente, ela combina a força do material composto de 
reforço com a dureza da matriz para alcançar uma combinação de propriedades desejáveis não 
disponíveis em qualquer material único convencional. Alguns compostos também oferecem a 
vantagem de ser feitos sob medida para que algumas propriedades, tais como resistência e rigidez, 
possam ser facilmente alteradas mudando as quantidades ou a orientação do material de reforço. A 
desvantagem é que tais compostos são muitas vezes mais caros do que os materiais convencionais. 
 
 Ciências dos materiais– 2020 
 
 
 
Estrutura de Átomos e Moléculas 
- Ligações Químicas: ligação covalente, ligação iônica e ligação metálica. 
 
 
 
 
 
 
Conhecendo os conceitos básicos da teoria quântica estamos aptos a responder a seguinte 
questão: Como os átomos são agrupados nas moléculas ? Por exemplo como é a organização atômica 
nos compostos NaCl e H2O ? 
 Quando os átomos estão fortemente agrupados dizemos existe uma ligação química entre eles. 
Ligações químicas, então, são forças intensas que mantêm os átomos juntos. Dentro do nosso modelo de 
distribuição eletrônica nos átomos, verificamos que os elétrons localizados nas camadas ou níveis 
atômicos internos estão mais fortemente ligados ao átomo do que aqueles localizados nas camadas ou 
níveis mais externos. Devido a este fato, pode-se mostrar que as ligações químicas ocorrem sempre 
envolvendo os elétrons das camadas mais externas, as quais são denominadas de camadas de valências. 
Isto significa que os elétrons pertencentes às camadas mais internas não estão, em geral, envolvidos nas 
ligações químicas. Com base nisto, o química americano Gilbert Lewis introduziu uma simbologia muito 
conveniente para descrever este fenômeno, a qual foi denominada de símbolos de Lewis. Nesta 
simbologia, de acordo com Lewis, os elétrons da camada de valência em um átomo são indicados por 
pontos colocados em torno do símbolo atômico, como mostra a tabela 1. 
 
Símbolos e valências de alguns elementos 
Grupo 1 2 3 4 5 6 7 8 
Número de 
elétrons de 
valência 
 
1 
 
2 
 
3 
 
4 
 
5 
 
6 
 
7 
 
8 
 Ciências dos materiais– 2020 
 
 
Valência 1 2 3 4 3 2 1 0 
 
Período 2 
 
 
 
 
 
 
 
Período 3 
 
 
 
 
 
 
 
Tab.1 - Símbolos e Valências de alguns elementos 
 Sempre que dois átomos estão ligados usando o compartilhamento de pares de elétrons, dizemos 
que entre eles existe uma ligação covalente. A molécula de H2 também é um exemplo de ligação covalente 
mesmo formando um octeto. 
 As ligações covalentes têm para cada par de átomo uma distância de equilíbrio Ro. Para a distância 
de equilíbrio a estrutura molecular está em sua conformação de menor energia. Para qualquer outra 
distância maior ou menor que Ro a energia de interação entre os átomos é muito alta. Veja figura 3. 
 
Fig. 3 Energia de ligação em função da distância entre os átomos 
 
 
 Carga elétrica 
 Ciências dos materiais– 2020 
 
 
•  Surgimento da carga elétrica: 600 a.C. 
Carga elétrica 
•  Foi observado que existiam dois tipos de cargas. 
 
Carga elétrica 
O que podemos concluir com isso? 
• Existem dois tipos de cargas elétricas, uma positiva e outra negativa. 
• Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e cargas elétricas com sinais diferentes se atraem. 
Estrutura da matéria 
• Pode-se observar que a carga elétrica está relacionada a estrutura da matéria. 
 
 Ciências dos materiais– 2020 
 
 
Como objetos ficam carregados? 
• Os objetos podem ficar carregados perdendo ou ganhando elétrons. 
 
Condutores e isolantes 
• Alguns materiais permitem a passagem de cargas elétricas e outros as impedem de passar. 
• Condutores: São materiais que permitem a passagem de cargas elétricas. 
• Ex.: Cobre, alumínio, ouro e etc. 
• Isolantes: São materiais que impedem a passagem de cargas elétricas. 
• Ex.: Borracha, plástico, madeira e etc. 
Transferência de cargas 
•  Com um bastão de plástico carregado, é possível transferir algumas cargas para a esfera 
metálica. 
 
Transferência de cargas 
•  Será que com um bastão carregado e um fio de cobre podemos carregar a esfera com carga oposta 
a do bastão? 
 Ciências dos materiais– 2020 
 
 
 
Carga por indução 
Força elétrica sobre objetos neutros 
•  Mesmo objetos eletricamente neutros podem sofrer a atração da força elétrica. 
 
Lei de Coulomb 
• O módulo da força elétrica entre duas cargas puntiformes é diretamente proporcional ao produto 
das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas. 
 
 
 
 
Raio atômico X raio iônico 
 Ciências dos materiais– 2020 
 
 
 
 
 
 Ciências dos materiais– 2020 
 
 
 
EXMEMPLO A: Os pontos de fusão dos compostos HCl,HBr e HI aumentam com o aumento da massa 
molar enquanto um comportamento inverso é observado para os compostos NaCl, NaBr e NaI. 
Explique. HCl, HBr e HI – Moléculas covalentes polares onde estão presentes forças intermoleculares 
dipolo – dipolo e forças de London. O aumento da massa molar (presença de mais elétrons) implica 
em aumento da força intermolecular provocando um aumento do ponto de fusão com o aumento da 
massa molar. NaCl, NaBr e NaI- Compostos Iônicos. Força de atração eletrostática. O ponto de fusão 
está relacionado com a energia de rede (H R  q + q - /d): Quanto maior a energia de rede, maior o 
ponto de fusão. Com o aumento da massa molar existe um aumento da distância entre os íons e 
consequentemente um decréscimo da energia de rede provocando uma diminuição do ponto de fusão. 
 
Exemplo 1:Calcule a força de atração entre um cátion Mg+2 e seu vizinho cloreto(Cl-1) no composto 
cloreto de magnésio. Assumir que os íons são carga puntiformes. Dados: RMg+2= 0,078nm e RCl-1= 
0,181nm. 
K= constante de Boltzan = 9x109 
 
Fa= (K.Z1.Z2.q.q)/r2 
 
 
 Ciências dos materiais– 2020 
 
 
Exemplo 2: Calcule qual dos seguintes compostos: MgO e BaO, possui maior força de atração (Fa) 
para suas distâncias de equilíbrio (ao). Considere os raios iônicos listados a seguir para o cálculo das 
distâncias de equilíbrio ao RMg 2+ = 0,072 nm, RBa2+ =0,136 nm e RO2- = 0,14 nm. As valências 
(Z1) dos cátions é +2, enquanto a valência de oxigênio (Z2) é -2. As constantes, K e q, têm valores de 
9 x 109 V.m/C e 1.6 x 10-19C, respectivamente. Use o valor calculado da força de atração para a 
distância de equilíbrio (Fa) para determinar qual dos dois compostos terá temperatura de fusão mais 
alta. 
MgO: R=0,072nm + 0,14nm r=0,212nm. 
 
BaO: r=0,136nm + 0,14nm r=0.276nm. 
 
 
Exemplo3: Ligações químicas são conjunções estabelecidas entre átomos para formarem moléculas 
ou, no caso de ligações iônicas ou metálicas, agregados atômicos (superátomos) organizados de 
forma a constituírem a estrutura básica de uma substância ou composto. Na natureza existem por 
volta de uma centena de elementos químicos. Calcule o valor da Força de atração para as ligações 
interatômicas em cada um dos seguintes compostos: MgO, GaP, CsF, CdS e FeO. Indique o exemplo 
que apresenta maior TF e TE.

Continue navegando