Resumo Prova I

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Estrutura Atômica:
A estrutura eletrônica dos átomos determina a natureza das ligações atômicas e define algumas propriedades físicas, ópticas, elétricas e térmicas dos materiais. 
• NÚMERO ATÔMICO (Z) = é o nº de prótons no núcleo = nº de elétrons
• MASSA ATÔMICA (A) = Z + no de nêutrons
• UNIDADE DE MASSA ATÔMICA (uma) = 1 / 12 da massa do 12 C (A = 12)
•PESO ATÔMICO (ou massa molar) = uma / átomos (ou moléculas) ou massa / mol
Média ponderada das massas atômicas dos isótopos do átomo que ocorrem naturalmente
Modelo atômico de Bohr: Os elétrons circulam ao redor do núcleo em orbitais. Cada nível tem um valor determinado de energia (não é possível permanecer entre os níveis); Limitações: incapacidade de explicar certos fenômenos que envolvem os elétrons.
Modelo mecânico-ondulatório: A posição é considerada como uma probabilidade do elétron estar em vários locais ao redor do núcleo; HEISENBERG: é impossível determinar ao mesmo tempo a posição e a velocidade do elétron (PRINCÍPIO DA INCERTEZA). 
•a luz interage com o elétron, logo não é possível ter certeza de sua posição; 
•o elétron é melhor caracterizado pela sua energia do que por sua posição, velocidade ou trajetória. 
Elétrons: tem estado de energia discreto; tendem a ocupar o ↓ estado.
Muitos elementos tem configuração eletrônica instável porque a valência da última camada está incompleta. Podem ficar estáveis ganhando, perdendo ou compartilhando elétrons. Base para reações químicas e ligações atômicas nos sólidos!
Elétrons de valência: Ocupam a camada + externa e determinam: tamanho do átomo, natureza das ligações, propriedades.
Ligações Interatômicas Primárias
Ligações Iônicas: Ocorre entre íons + e -, grande diferença de eletronegatividades, a ligação não é direcional, forças de atração eletrostáticas.
Ligações Covalentes: Os e- de valência são compartilhados, forma-se com átomos de alta eletronegatividade, a ligação é direcional e forte (um pouco menos que a iônica), comum em compostos orgânicos, ex: nos polímeros, e no diamante. 
Fração Covalente: Poucos compostos exibem ligação iônica e covalente puras. Muitos cerâmicos e semicondutores são formados por metais e não-metais, e são na verdade uma mistura de ligações iônicas e covalente. A maioria das ligações iônicas tem certo grau de ligação covalente e vice–versa transferem e compartilham e-. O grau do tipo de ligação depende da eletronegatividade dos átomos constituintes. Quanto ↑ a diferença de eletronegatividade ↑ o caráter iônico. 
Ligações Metálicas: Os e- de valência não estão ligados a nenhum átomo em particular, estão livres para conduzir eletricidade e calor, a ligação pode ser fraca ou forte. 
Ligações Secundárias: Tb chamadas de vanderWaals ou físicas, são fracas e surgem a partir de dipolos atômicos ou moleculares.
Ligações Dipolo Induzido Flutuantes: A liquefação e em alguns casos a solidificação dos gases inertes e de outras moléculas eletricamente neutras ou simétricas, tais como o H2, O2, N2 e o Cl2 são consequências desse tipo de ligação (+ fraca de todas). 
Moléculas polares e dipolos induzidos: Algumas moléculas possuem assimetria das regiões positiva e negativas (Ex: HCl), podem induzir dipolos em outras moléculas apolares adjacentes, a magnitude da ligação é maior do que nos dipolos induzidos flutuantes. 
Moléculas polares (dipolos permanentes): as energias de ligação são maiores do que nos dipolos induzidos, Tipo + forte: PONTES DE HIDROGÊNIO (HF, NH3, H2O). Como o único elétron é compartilhado a extremidade da ligação fica carregada positivamente sendo capaz de atrair a extremidade negativa de outra molécula adjacente.
Forças e Energia de ligação: A distância entre 2 átomos é determinada pelas das forças atrativas e repulsivas: FN=FA+FR. Equilíbrio: FA + FR = 0. Para distâncias muito pequenas, se tornam significativamente maiores devido a superposição das camadas eletrônicas.
Energia de Ligação (E0): energia no ponto de mínimo (equilíbrio).Propriedades relacionadas com a energia de ligação: 
Módulo de Elasticidade E: Inclinação da curva no ponto de equilíbrio: força para separar os átomos, Materiais rígidos: inclinação da curva é íngreme.
Ponto de Fusão: Quanto ↑ a profundidade do poço de energia (E0) ↑ a Tf do material.
Coeficiente de Expansão Térmica α: Quando energia é fornecida a um material, a vibração térmica faz com que os átomos oscilem próximos ao estado de equilíbrio. A curva não é simétrica pq às forças de repulsão aumentarem muito + c/ a aproximação dos átomos. A distância média entre os átomos ↑ c/ o ↑ da temperatura. Quanto + profundo e estreito o E0 menor é o α do material.
	Tipo de Ligação
	Energia de Ligação
	Cerâmicos (ligação iônica & covalente)
	Grande energia de ligação 
Elevado Tf / Elevado E / Pequeno α
	Metais (ligação metálica)
	Energia de ligação variável 
Moderado Tf / Moderado E / Moderado α
	Polímeros (covalente e secundárias)
	Propriedades direcionais Ligações secundárias dominantes 
Pequeno Tf / Pequeno E / Elevado α
ESTRUTURA CRISTALINA
Na descrição das estruturas cristalinas, os átomos (ou íons) são considerados esferas sólidas com diâmetros bem definidos. Os sólidos podem ser classificados em cristalinos ou não-cristalinos de acordo com a regularidade na qual os átomos ou íons se dispõem em relação à seus vizinhos. As propriedades de alguns materiais estão diretamente associadas à sua estrutura cristalina. 
Monocristais: O arranjo repetido de átomos se estende ao longo de toda a amostra; Ao crescer, assume uma forma geométrica regular (indicativa da estrutura cristalina), com faces planas, são difíceis de serem produzidos
EX: CUBICO, HEXAGONAL, TETRAGONAL, ORTORROMBICO
Materiais Policristalinos : A maioria dos materiais sólidos são compostos por muitos cristais pequenos (grãos); os núcleos se formam em várias posições com orientações cristalográficas aleatórias. Estágios durante a solidificação de um material policristalino: (a) pequenos núcleos cristalinos; (b) crescimento e obstrução de grãos adjacentes; (c) conclusão da solidificação.
Células Unitárias: Menor subdivisão da rede cristalina que retém as características de toda a rede. 
Estrutura Cristalina dos Metais: têm geralmente um número grande de vizinhos e alto empacotamento atômico. Mais comuns: Cúbica de Corpo Centrado (CCC), Cúbica de Face Centrada (CFC) e Hexagonal Compacta (HC). Cúbica Simples é muito raro (só no Po)
Número de Coordenação: corresponde ao nº de átomos vizinhos mais próximo, depende do nº de ligações covalentes que um átomo pode compartilhar e do fator de empacotamento atômico (FEA) que é a fração de volume da célula unitária efetivamente ocupada por átomos, assumindo que os átomos são esferas rígidas. 
Alotropia ou transformações polimórficas: grafite- hexagonal, diamante-cúbico, Ferro cfc e ccc
Sistemas Cristalinos: Como existem muitas estruturas cristalinas possíveis, é conveniente dividi-las em grupos; 
•Os sistemas incluem todas as possíveis geometrias de divisão do espaço por superfícies planas contínuas.
Anisotropia: Propriedades como o módulo elasticidade, a condutividade elétrica e o índice de refração dependem da direção cristalográfica. Para materiais policristalinos as orientações são aleatórias. Embora cada grão seja anisotrópico, uma amostra composta por vários grãos se comporta de forma isotrópica. O valor de uma propriedade é uma média. 
DISCORDÂNCIAS E MECANISMOS DE AUMENTO DE RESISTÊNCIA
Deformação plástica: Em escala microscópica, corresponde ao movimento de um grande nº de átomos, onde as ligações são rompidas e novamente formadas. Nos sólidos cristalinos envolve o movimento de discordâncias. Mecanismos de aumento de resistência em metais podem ser descritos em termos de discordâncias.
Movimento das Discordâncias A deformação plástica nos metais é produzida por escorregamento (Slip) devido ao movimento das discordâncias. Rearranjos atômicos que acompanham o movimento de uma discordância aresta (meio plano extra de átomos) na medida em que ela se move em resposta a uma tensão de cisalhamento. Se asdiscordâncias não conseguem se mover a deformação plástica não ocorre! Formação de um degrau na superfície de um cristal pelo movimento de: Discordância aresta • A linha da discordância se move na direção da tensão de cisalhamento. Discordância espiral • O movimento da linha da discordância é perpendicular à direção da tensão. 
Sistemas de escorregamento: são o conjunto de planos e de direções preferenciais por onde as discordâncias se movem. As combinações desses são chamadas de sistemas de escorregamento. Alguns sistemas de escorregamento só se tornam ativos em temperaturas elevadas; metais HC que possuem poucos sistemas são bastante frágeis. Numa tensão puramente de tração, existem componentes de cisalhamento em todas as direções. Condição para movimentos das discordâncias: tr> tc. A facilidade para o movimentos depende: Orientação do Sistema de Escorregamento .
Escorregamento em monocristais: Um monocristal possui vários sistemas de escorregamento ≠; um sistema de escorregamento está orientado de maneira mais favorável, tem início neste sistema quando Tr>tcr
 
Deformação Plástica em Materiais Policristalinos: a direção do escorregamento varia de grão para grão (orientações cristalográficas aleatórias); em cada grão o movimento da discordância ocorre ao longo do sistema com orientação mais favorável; Alguns grãos começam a deformar antes, outros depois. Nos cristais HC se o sistema de escorregamento + favorável for perpendicular ao eixo de tensão, haverá fratura ao invés de deformação plástica.
Deformação por Maclação: ocorre em um plano definido e numa direção específica que dependem da estrutura do cristal; o deslocamento dentro da região da macla é proporcional à distância ao plano da macla; Comparação das deformações por escorregamento e por maclação: No escorregamento a orientação cristalográfica acima e abaixo do plano de escorregamento é a mesma tanto antes quanto depois; na maclação há uma reorientação a partir do plano da macla. As maclas ocorrem em condições onde o escorregamento está restringido: metais com estruturas CCC e HC, baixas temperaturas e sob cargas impacto. A quantidade de deformação plástica obtida por maclação é pequena quando comparada com o escorregamento. Contudo, as reorientações cristalográficas que acompanham o processo são de grande importância: Podem colocar novos sistemas de escorregamento em orientações favoráveis ao eixo de tensão!
MECANISMOS DE AUMENTO DE RESISTÊNCIA: Uma vez que a deformação plástica depende do movimento de um grande nº de discordâncias, a habilidade de um metal se deformar plasticamente depende da habilidade das discordâncias se moverem. Reduzindo-se a mobilidade das discordâncias, a resistência mecânica pode ser aumentada; 4 técnicas de aumento de resistência se baseiam neste princípio. 
Aumento de Resistência por Redução no Tamanho do Grão: O contorno de grão são barreiras ao escorregamento: Ao passar de um grão para outro uma discordância muda sua direção de movimento e isso é mais difícil quanto maior a ≠ na orientação cristalográfica; .A falta de ordenação atômica nos CGs resulta numa descontinuidade de planos de escorregamento entre grãos. 
Redução no Tamanho do Grão: Um material com granulação fina é + resistente pois possui ↑ área total de CGs. O TG pode ser regulado: pela taxa de solidificação a partir da fase líquida e através de uma deformação plástica seguida de tratamento térmico; 
Aumento de Resistência por Solução Sólida: Os metais puros normalmente são + fáceis de deformar do que ligas com átomos de impurezas intersticiais ou substitucionais; as ligas são mais resistentes que metais puros, os átomos em solução sólida impõem deformações na rede; a deformação dificulta o movimento das discordâncias. Deformações impostas por impurezas substitucionais, os átomos de soluto tendem a se difundir e se agregar ao redor das discordâncias, de modo a reduzir a energia de deformação global. Há uma da mobilidade das discordâncias e um na resistência. 
Endurecimento por Precipitação: Precipitados duros são difíceis de cisalhar; Ex: SiC no Fe 
Encruamento: É o fenômeno onde um metal dútil se torna mais resistente quando deformado plasticamente. Também é conhecido como trabalho a frio (cold work). Ao é a área original da seção transversal e Ad a área após a deformação.Com o aumeto do trabalho a frio: Maior densidade de discordâncias, maior σy e TS, menor Ductibilidade. Durante a deformação: •Discordâncias já existentes se multiplicam! Na média as interações são repulsivas e resulta no ↑ da dificuldade de movimento. 
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Tensão -(sigma): Intensidade de força ou força por unidade de área que atua no sentido perpendicular a A. Esforços mecânicos comuns: tração, compressão, cisalhamento, torção, flexão.
Deformação Elástica: Precede à deformação plástica; É reversível; Desaparece quando a força é removida. 
Deformação Plástica: É irreversível (resultado do deslocamento permanente dos átomos) e, portanto não desaparece quando a tensão é removida. 
Fator de segurança: Tensão de trabalho ou Tensão de segurança, significa que o limite de escoamento não será ultrapassado 
Propriedades mecânicas: ductilidade, Modulo de elasticidade (E): Está relacionado com a rigidez do material ou à resist. à e elástica. Está relacionado diretamente com as forças das ligações interatômicas. Resiliência é a capacidade de um material de absorver energia sem deformar plasticamente. Tenacidade é toda a energia que o material pode absorver até a ruptura.
Fadiga Mecânica: Forma de falha que ocorre em estruturas submetidas a tensões dinâmicas e flutuantes. 
1. Início: Ao tracionar o material, ocorre o deslizamento entre os planos de escorregamento. 
2. Propagação estável: a micro-trinca propaga-se a cada ciclo até que a trinca atinja um tamanho crítico. 
3. Fratura: a seção torna-se pequena, não suporta a carga aplicada e ocorre a fratura.
Fatores que Influenciam a Vida em Fadiga: Tensão Média: Aumentar o nível médio de tensão, leva a uma diminuição na vida em fadiga. Variáveis de projeto: Quanto menor o raio de curvatura, mais severa será a concentração de tensões. Devemos eliminar cantos “vivos”!