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CIÊNCIA E ENGENHARIA DOS MATERIAIS 
 
Universidade Estadual do Amazonas 
Escola Superior de Tecnologia 
Curso: Engenharia Naval 
Disciplina: ciência e engenharia dos materiais Cod: ESTENV002 
Turma: ENV03_T01 
Aluno: Brendo Xavier lima Matrícula: 1915200005 
 
Resumo: PTM3110_TOPICO_01_2018 
Parte I 
Definições e Classificação dos Materiais 
 Definições 
o Ciência dos Materiais: Investigação das relações entre 
composição/estrutura e propriedades dos materiais. 
o Engenharia dos Materiais: Projeto, desenvolvimento ou aperfeiçoamento 
de técnicas de processamento de materiais (= técnicas de fabricação) com 
base nas relações composição/estrutura e propriedades. 
 Composição e Estrutura 
o Composição: Natureza química dos materiais. 
o Estrutura: Associada ao arranjo dos componentes do material em estudo. 
 Pode (e deve) ser analisada em diferentes ESCALAS. 
 Propriedades de um Material 
o Propriedades: Tipo e intensidade da resposta a um estímulo que é imposto 
ao material. 
o As principais propriedades dos materiais: Mecânicas, Elétricas, Térmicas, 
Magnéticas, Ópticas, Químicas, de Degradação (corrosão, oxidação, 
desgaste). 
 Processamento e Desempenho 
o Processamento: conjunto de técnicas para obtenção de materiais com 
formas e propriedades específicas. 
o Desempenho: resposta do material a um estímulo externo, presente nas 
condições reais de utilização. 
Parte II 
Ligações Químicas 
 Conceitos fundamentais 
o Cada átomo é composto por: 
 Núcleo → prótons e nêutrons. 
 Elétrons, que circundam o núcleo. 
o Elétrons e prótons são carregados eletricamente. 
o Elétrons tem carga negativa; prótons tem carga positiva; nêutrons não tem 
carga. 
 A magnitude da carga do próton e do elétron é 1,602 x 10-19C. 
 O Átomo de Bohr 
o Posição de cada elétron em particular é mais ou menos bem definida em 
termos do seu orbital. 
o Energias dos elétrons são quantizadas → mudança de orbital é possível, 
com absorção (maior energia) ou missão (menor energia) de energia. 
o O modelo de Bohr apresenta limitações significativas, não servindo para 
explicar vários fenômenos envolvendo os elétrons. 
 Modelo Mecânico-Ondulatório 
o Nesse modelo, o elétron apresenta características tanto de onda, quanto de 
partícula. 
o O elétron não é mais tratado como uma partícula que se movimenta num 
orbital discreto. 
o • A posição do elétron passa a ser considerada como a probabilidade deste 
ser encontrado em uma região próxima do núcleo. 
o Números Quânticos 
Cada elétron em um átomo é caracterizado por quatro parâmetros → os 
números quânticos. Não existem dois elétrons com os mesmos números 
quânticos. 
 Número quântico principal n 
 n = 1, 2, 3, 4, 5,... (camadas K, L, M, N, O,....) 
 Número quântico orbital (ou secundário) l 
 l = 0, 1, 2, 3, 4,..., (n -1) (subcamadas s, p, d, f,...) 
 Número quântico orbital magnético (ou terceiro) ml 
 ml = - l, (- l +1),..., (l - 1), l 
 Número quântico de spin (ou quarto) 
 ms = -1/2, +1/2. 
 Elétrons de Valência - Configurações Estáveis 
o Elétrons de Valência: São aqueles que ocupam a camada eletrônica mais 
externa. 
o Configurações Eletrônicas Estáveis: As camadas eletrônicas mais 
externas estão completamente preenchidas. 
 Ligações Primárias 
o Ligação Iônica 
 Envolve a transferência de elétrons de um átomo para outro. 
 A ligação iônica resulta da atração eletrostática entre dois íons de 
cargas opostas. 
o Ligação Covalente 
 Envolve o compartilhamento dos elétrons de valência de átomos 
adjacentes. 
 Menor diferença de eletronegatividade entre os elementos do que 
o observado em ligações iônicas. 
o Ligação Metálica 
 Átomos dos metais possuem de um a três elétrons de valência. 
 Os elétrons de valência passam a se comportar como elétrons 
“livres”. 
 Ligações Secundárias ou de Van der Waals 
o Ocorrem atrações entre dipolos gerados pela assimetria de cargas. 
o As ligações dipolares podem ser entre: 
 Dipolos permanentes. 
 Dipolos permanentes e induzidos. 
 Dipolos induzidos flutuantes. 
o Ponte de Hidrogênio 
 É o tipo de ligação secundária mais forte. 
 Ocorre entre moléculas em que o H está ligado covalentemente ao 
flúor (como no HF), ao oxigênio (como na água) 
 Classificação dos Materiais 
Os materiais podem ser classificados de diversas formas. 
o Uma classificação muito utilizada, é baseada na composição: 
 Metálicos 
 Cerâmicos 
 Poliméricos 
o Metais 
Composição: combinação de elementos metálicos. 
Grande número de elétrons livres. 
Muitas propriedades estão relacionadas a esses elétrons livres. 
 Propriedades gerais: 
 Resistência mecânica de moderada a alta. 
 Moderada plasticidade. 
 Alta tenacidade. 
 Opacos. 
 Bons condutores elétricos e térmicos. 
o Cerâmicas 
Composição: combinação de elementos metálicos e não-metálicos (óxidos, 
carbetos e nitretos), incluindo Si e Ge, semicondutores. 
 Tipos de ligações 
 Caráter misto, iônico-covalente 
 Tipos de materiais: 
 Cerâmicas tradicionais. 
 Cerâmicas de alto desempenho. 
 Vidros e vitro-cerâmicas. 
 Cimentos 
 Propriedades gerais: 
 Isolantes térmicos e elétricos. 
 Refratários. 
 Inércia química. 
 Corpos duros e frágeis. 
o Polímeros 
Composição: compostos orgânicos: Carbono e hidrogênio, e O, Cl, F, N, 
Si, S e outros elementos, tais como Al, Zn, Mg, Na e Ca (em ionômeros). 
Compostos de massas moleculares muito grandes (macromoléculas). 
 Tipos de materiais: 
 Termoplásticos. 
 Termorrígidos. 
 Elastômeros. 
 Propriedades gerais: 
 Baixa densidade. 
 Flexibilidade e facilidade de conformação. 
 Tenacidade. 
 Geralmente pouco resistentes a altas temperaturas. 
o Compósitos 
Constituídos por mais de um tipo de material: – Matriz – Reforçador 
Projetados para apresentar as melhores características de cada um dos 
materiais envolvidos. 
 Composição: por fibras de um material cerâmico (vidro) 
reforçando uma matriz de material polimérico. 
 
Questões: PTM3110_TOPICO_01_2018 
2) Marque as respostas corretas relativas as ligações químicas: 
a) Uma ligação química que é formada a partir da atração de um átomo que 
perdeu um elétron para um átomo que ganhou um elétron é chamada uma: 
A. Ligação covalente; 
B. Ligação iônica; 
C. Ligação metálica; 
D. Ligação secundária. 
b) Uma atração fraca entre um átomo de hidrogênio numa molécula e um átomo 
de oxigênio numa outra é denominada: 
A. Ligação iônica; 
B. Ligação covalente; 
C. Ligação metálica; 
D. Ligação de hidrogênio. 
c) Uma substância pura não conduz eletricidade no estado sólido, mas quando se 
dissolve na água a solução resultante conduz eletricidade. A substância tem um 
ponto de fusão bastante elevado. A substância é mais provável que seja: 
A. Um composto iônico; 
B. Um composto covalente; 
C. Um metal; 
D. Um reticulado sólido. 
d) Quando as ligações covalentes são formadas entre átomos com diferentes 
eletronegatividades, os elétrons tendem a passar mais tempo no átomo com 
maior eletronegatividade. Tais ligações químicas são chamadas: 
A. Ligações eletrovalentes; 
B. Ligações covalentes polares; 
C. Ligações covalentes coordenadas; 
D. Nenhuma das respostas acima. 
3) Considerando a tabela de eletronegatividade apresentada a seguir responda as 
questões a) e b). 
Elemento Eletronegatividade Elemento Eletronegatividade 
F 4.0 Al 1.5 
O 3.5 Mg 1.2 
Cl 3.0 Ca 1.0 
Br 2.8 Li 1.0 
S 2.5 Na 0.9 
H 2.1 Ba 0.9 
K 0.8 
 
3. a) Qual o par de elementos que mais provavelmente formará um composto ligado 
covalentemente? 
A. Li e Cl 
B. S e O 
C. Ca e S 
D. Na e Br 
E. K e F 
 
b) Qual dos compostos abaixo é o mais iônico? 
A. AlCl3 
B. BaCl2 
C. NaF 
D. MgBr2 
E. H2S 
 
Resumo: PTM3110_TOPICO_02_2018 
ESTRUTURA DOS SÓLIDOS CRISTALINOS 
 Sólidos cristalinos e amorfos 
o CRISTALINOS: compostos por átomos, moléculasou íons arranjados de 
uma forma periódica em três dimensões (simetria translacional). 
o AMORFOS: compostos por átomos, moléculas ou íons que não 
apresentam uma ordenação de longo alcance (não possuem simetria 
translacional). 
 RETICULADO CRISTALINO 
o MODELO DE ESFERAS RÍGIDAS: os átomos ou íons são representados 
como esferas de diâmetro fixo. 
o RETICULADO CRISTALINO: conjunto de pontos, que podem 
corresponder a átomos ou grupos de átomos, que se repetem no espaço 
tridimensional com uma dada periodicidade. 
o CÉLULA UNITÁRIA: agrupamento de átomos representativo de uma 
determinada estrutura cristalina específica. 
 Célula Unitária 
o O conceito de célula unitária é usado para representar a simetria de uma 
determinada estrutura cristalina. 
o Qualquer ponto da célula unitária que for transladado de um múltiplo 
inteiro de PARÂMETROS DE REDE: o comprimento das três arestas do 
paralelepípedo (a, b e c) e os três ângulos entre as arestas ( α, β e γ). Esses 
parâmetros são chamados PARÂMETROS DE REDE. 
 Índices de Miller: direções cristalográficas 
o DIREÇÃO CRISTALOGRÁFICA: vetor que une dois pontos da rede 
cristalina. 
 Índices de Miller: planos cristalográficos 
o Determinação dos índices de Miller de um plano cristalográfico: 
determinar os interceptos do plano com os eixos do sistema de 
coordenadas em termos dos parâmetros de rede a, b e c. 
o Se o plano passar pela origem, transladar o plano para uma nova posição 
no sistema de coordenadas. – obter os recíprocos desses três interceptos. 
Se o plano for paralelo a um dos eixos, considera-se o intercepto infinito 
e o seu recíproco zero. – representar na forma (h k l). 
 Planos Cristalográficos 
o FAMÍLIA DE PLANOS: conjunto de planos cristalograficamente 
equivalentes, ou seja, planos com o mesmo empacotamento atômico. 
Famílias de planos são representadas por {h, k, l}. 
 Alotropia e Polimorfismo 
o POLIMORFISMO: fenômeno no qual um sólido (metálico ou não 
metálico) pode apresentar mais de uma estrutura cristalina, dependendo da 
temperatura e da pressão. 
o ALOTROPIA: polimorfismo em elementos puros. 
 Materiais monocristalinos e policristalinos 
o MONOCRISTALINOS: constituídos por um único cristal em toda a 
extensão do material, sem interrupções. 
o •POLICRISTALINOS: constituído de vários cristais ou grãos, cada um 
deles com diferentes orientações espaciais. 
 Difração de raios X 
o O fenômeno de difração ocorre quando uma onda encontra uma série de 
obstáculos espaçados regularmente, que: 
 São capazes de espalhar a onda e; 
 O espaçamento entre eles é comparável em magnitude ao 
comprimento de onda. 
 
Questões: PTM3110_TOPICO_02_2018 
5. Considerando as duas curvas apresentadas ao lado, escolha um dos dois materiais 
nelas representados (material a ou material b), justificando a sua escolha. 
(a) Material para aplicação na qual a resistência mecânica seja fundamental (ou seja, 
deseja-se o material com a maior resistência mecânica dentre os dois considerados). 
 Resposta: Material para aplicação na qual a resistência mecânica seja fundamental 
(ou seja, deseja-se o material com a maior resistência mecânica dentre os dois 
considerados); material a, uma vez que a resistência mecânica aumenta com a força 
máxima e com a profundidade do poço da curva de energia de ligação. 
(b) Material para uma aplicação na qual ocorre uma variação lenta da temperatura, e para 
a qual a estabilidade dimensional do corpo é fundamental (ou seja, deseja-se o material 
que sofra a menor variação dimensional com a temperatura). 
 Resposta: Material para uma aplicação na qual ocorre uma variação lenta da 
temperatura, e para a qual a estabilidade dimensional do corpo é fundamental (ou seja, 
deseja-se o material que sofra a menor variação dimensional com a temperatura); material 
a, uma vez que o coeficiente de expansão térmica diminui com a profundidade do poço 
da curva de energia de ligação. 
(c) Material para uma aplicação onde é necessária uma certa flexibilidade (ou seja, deve 
ser escolhido o material, dentre os dois considerados, que apresente o menor módulo de 
elasticidade). 
 Resposta: Material para uma aplicação onde é necessária uma certa flexibilidade 
(ou seja, deve ser escolhido o material, dentre os dois considerados, que apresente o 
menor módulo de elasticidade). 
E1.As relações entre estrutura e propriedades nos materiais de engenharia podem ser 
analisadas de diferentes formas, de acordo com a “escala” na qual está sendo feita a 
análise. Descreva brevemente estrutura dos materiais de engenharia, considerando 
diferentes “escalas”: Å; ⎧m; mm, fazendo algumas considerações de como as estruturas 
podem afetar as propriedades dos materiais. 
 Respostas: A estrutura está associada ao arranjo dos componentes do material em 
diferentes escalas. 
(a) na escala de Å → estrutura atômica, estrutura molecular (depende das ligações 
químicas) 
(b) na escala de ⎧m → microestrutura (fases, microconstituintes, grãos) 
(c) na escala de mm → macroestrutura (poros, grãos, segregações)