Livro - Material de Produção Industrial

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Fisiologia 
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Material de Produção 
Industrial 
Alexander Cascardo Carneiro 
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DIREÇÃO SUPERIOR 
Chanceler Joaquim de Oliveira 
Reitora Marlene Salgado de Oliveira 
Presidente da Mantenedora Wellington Salgado de Oliveira 
Pró-Reitor de Planejamento e Finanças Wellington Salgado de Oliveira 
Pró-Reitor de Organização e Desenvolvimento Jefferson Salgado de Oliveira 
Pró-Reitor Administrativo Wallace Salgado de Oliveira 
Pró-Reitora Acadêmica Jaina dos Santos Mello Ferreira 
Pró-Reitor de Extensão Manuel de Souza Esteves 
 
DEPARTAMENTO DE ENSINO A DISTÂNCIA 
Gerência Nacional do EAD Bruno Mello Ferreira 
Gestor Acadêmico Diogo Pereira da Silva 
 
FICHA TÉCNICA 
Direção Editorial: Diogo Pereira da Silva e Patrícia Figueiredo Pereira Salgado 
Texto: Alexander Cascardo Carneiro 
Revisão Ortográfica: Rafael Dias de Carvalho Moraes 
Projeto Gráfico e Editoração: Antonia Machado, Eduardo Bordoni, Fabrício Ramos 
Supervisão de Materiais Instrucionais: Antonia Machado 
Ilustração: Eduardo Bordoni e Fabrício Ramos 
Capa: Eduardo Bordoni e Fabrício Ramos 
 
COORDENAÇÃO GERAL: 
Departamento de Ensino a Distância 
Rua Marechal Deodoro 217, Centro, Niterói, RJ, CEP 24020-420 www.universo.edu.br 
 
C289m Carneiro, Alexander Cascardo. 
Material de produção industrial / Alexander Cascardo Carneiro ; 
revisão de Rafael Dias de Carvalho Moraes. – 1. ed. – Niterói, RJ: 
UNIVERSO: Departamento de Ensino à Distância, 2019. 
298 p. : il. 
 
 
1. Engenharia de materiais. 2. Engenharia de produção. 3. 
Materiais. 4. Ciência dos materiais. 5. Processos de fabricação 6. 
Metais. 7. Materiais cerâmicos. 8. Polímeros (materiais). 9. 
Materiais compósitos. 10. Ensino à distância. I. Moraes, Rafael Dias 
de Carvalho. II. Título. 
CDD 620.11 
Bibliotecária responsável: Elizabeth Franco Martins 
CRB 7/4990 
 
Informamos que é de única e exclusiva responsabilidade do autor a originalidade desta obra, não se r esponsabilizando a ASOEC 
pelo conteúdo do texto formulado. 
© Departamento de Ensi no a Dist ância - Universidade Salgado de Oliveira 
Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta publicação pode ser reproduzida, arquivada ou transmitida de nenhuma forma 
ou por nenhum meio sem permissão expressa e por escrito da Associação Salgado de Oliveira de Educação e Cultura, mantenedor a 
da Univer sidade Salgado de Oliveira (UNIVERSO). 
 
Material de Produção Industrial 
 
 
 Palavra da Reitora 
Acompanhando as necessidades de um mundo cada vez mais complexo, 
exigente e necessitado de aprendizagem contínua, a Universidade Salgado de 
Oliveira (UNIVERSO) apresenta a UNIVERSO EAD, que reúne os diferentes 
segmentos do ensino a distância na universidade. Nosso programa foi 
desenvolvido segundo as diretrizes do MEC e baseado em experiências do gênero 
bem-sucedidas mundialmente. 
São inúmeras as vantagens de se estudar a distância e somente por meio dessa 
modalidade de ensino são sanadas as dificuldades de tempo e espaço presentes 
nos dias de hoje. O aluno tem a possibilidade de administrar seu próprio tempo e 
gerenciar seu estudo de acordo com sua disponibilidade, tornando-se responsável 
pela própria aprendizagem. 
O ensino a distância complementa os estudos presenciais à medida que 
permite que alunos e professores, fisicamente distanciados, possam estar a todo 
momento ligados por ferramentas de interação presentes na Internet através de 
nossa plataforma. 
Além disso, nosso material didático foi desenvolvido por professores 
especializados nessa modalidade de ensino, em que a clareza e objetividade são 
fundamentais para a perfeita compreensão dos conteúdos. 
A UNIVERSO tem uma história de sucesso no que diz respeito à educação a 
distância. Nossa experiência nos remete ao final da década de 80, com o bem-
sucedido projeto Novo Saber. Hoje, oferece uma estrutura em constante processo 
de atualização, ampliando as possibilidades de acesso a cursos de atualização, 
graduação ou pós-graduação. 
Reafirmando seu compromisso com a excelência no ensino e compartilhando 
as novas tendências em educação, a UNIVERSO convida seu alunado a conhecer o 
programa e usufruir das vantagens que o estudar a distância proporciona. 
Seja bem-vindo à UNIVERSO EAD! 
Professora Marlene Salgado de Oliveira 
Reitora. 
Material de Produção Industrial 
 
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Material de Produção Industrial 
 
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 Sumário 
 
Apresentação da disciplina ............................................................................................. 07 
Plano da disciplina ............................................................................................................ 09 
Unidade 1 – Os Materiais e sua essência...................................................................... 13 
Unidade 2 – Classificação dos materiais e suas estruturas ...................................... 55 
Unidade 3 – Materiais metálicos .................................................................................. 101 
Unidade 4 – Materiais cerâmicos .................................................................................. 169 
Unidade 5 – Materiais poliméricos ................................................................................ 203 
Unidade 6 – Aplicação dos materiais ............................................................................ 241 
Considerações finais ......................................................................................................... 288 
Conhecendo o autor ......................................................................................................... 289 
Referências .......................................................................................................................... 290 
Anexos.................................................................................................................................. 291 
 
 
Material de Produção Industrial 
 
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Material de Produção Industrial 
 
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 Apresentação da disciplina 
 
Caro Leitor, 
A compreensão sobre a Ciência e Engenharia de Materiais começa com o 
entendimento sobre a relação entre estrutura, processamento, propriedades e 
desempenho. Para isso, é necessário recordarmos os conceitos sobre estrutura 
atômica e ligações químicas, até chegarmos às classificações dos materiais, suas 
propriedades e aplicações. 
Os estudos de química, de mecânica quântica e de arranjos atômicos nos 
mostram como os átomos formam um material, influenciando as suas 
propriedades físicas. Com isso estudaremos as células unitárias, que as unidades 
ordenadas que se repetem para formar uma estrutura cristalina. 
A partir daí estudaremos separadamente cada uma das classes de materiais: os 
metais, as cerâmicas e os polímeros. Veremos como as fases são distribuídas no 
material e como a sua forma pode influenciar as propriedades mecânicas do 
material. 
Por fim apresentaremos os materiais que são formados a partir de uma mistura 
inteligente de materiais, conhecidos como materiais compósitos, o qual possui 
propriedades específicas, aproveitando o melhor de cada material. Além disso, 
trataremos questões econômicas, sociais e ambientais, associadas à seleção de 
materiais e ao seu ciclo de vida. 
Que esse livro possa então servir como um manual para você, meu caro leitor, 
estimulando a sua busca por conhecimento e pela compreensão plena dos 
princípios de Material de Produção Industrial. 
 
Seu Professor, Alexander Cascardo Carneiro. 
 
 
Material de Produção Industrial 
 
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Material de Produção Industrial 
 
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 Plano da Disciplina 
 
Prezado, 
Vamos iniciar os nossos estudos sobre a disciplina de Material de Produção 
Industrial a partir dos conceitos fundamentais sobre os materiais e sua essência. O 
conteúdo da disciplina fica dividido nas seguintes seis Unidades. 
Unidade 1 – Os Materiais e sua Essência 
Na primeira Unidade, vamos começar apresentandoo campo da Ciência e 
Engenharia de Materiais, a partir de diversos exemplos do mundo real. Em seguida, 
faremos uma introdução ao estudo do átomo. 
Objetivos da unidade: 
Compreender os conceitos mais importantes que definem a ciência e 
engenharia dos materiais. 
Conhecer as características dos materiais, seus tipos e como se formam. 
Entender as propriedades dos materiais. 
Introduzir os conceitos relacionados ao estudo do átomo e das ligações 
químicas. 
 
Unidade 2 – Classificação dos Materiais e suas Propriedades 
Na segunda Unidade, aprenderemos sobre as diferentes classificações dos 
materiais, suas propriedades e aplicações na Engenharia, além de suas estruturas. 
Objetivos da unidade: 
Conhecer as diferentes classificações dos materiais e suas principais 
características. 
Entender as propriedades e as aplicações dos materiais na Engenharia, 
considerando as questões de sustentabilidade e engenharia verde. 
Material de Produção Industrial 
 
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Aprender as estruturas dos materiais, seus arranjos e estruturas cristalinas. 
Unidade 3 – Materiais Metálicos 
Na terceira Unidade, estudaremos os conceitos básicos necessários para a 
compreensão sobre o comportamento e o desempenho dos metais. Além disso, 
aprenderemos sobre os seus diagramas de fases, seu processamento, os diversos 
tipos de ligas e os ensaios mecânicos. 
Objetivos da unidade: 
Aprender os conceitos básicos de imperfeições em sólidos e de difusão, os 
quais são necessários para a compreensão comportamento e do desempenho dos 
metais. 
Apresentar os diagramas de fase e sua relação com a produção dos metais. 
Estudar os diversos tipos de ligas e os ensaios mecânicos utilizados. 
 
Unidade 4 – Materiais Cerâmicos 
Na quarta Unidade, vamos estudar os conceitos relacionados aos materiais 
cerâmicos, incluindo o vidro e o concreto, assim como os principais métodos de 
processamento. Além disso, veremos algumas das propriedades mecânicas, 
térmicas, elétricas, magnéticas e ópticas dessa classe de materiais. 
Objetivos da unidade: 
Aprender sobre os conceitos relacionados às estruturas dos materiais 
cerâmicos. 
Estudar as diversas técnicas de processamento das cerâmicas. 
Apresentar as principais propriedades dos materiais cerâmicos. 
 
Material de Produção Industrial 
 
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Unidade 5 – Materiais Poliméricos 
Na quinta Unidade, estudaremos os principais conceitos relacionados aos 
materiais poliméricos, como a sua estrutura, a sua síntese, o seu processamento e 
as suas propriedades. Além disso, veremos as suas classificações em relação à 
temperatura, e como isso impacta no seu processamento e reciclagem. 
Objetivos da unidade: 
Estudar sobre a estrutura dos polímeros, a forma como eles são sintetizados, as 
suas classificações frente à temperatura e a alteração de suas propriedades por 
meio de aditivos. 
Entender os diversos processos de fabricação de polímeros, considerando as 
suas vantagens e desvantagens, e também questões ambientais, em especial sobre 
a reciclagem de polímeros. 
Conhecer as principais propriedades dos polímeros, incluindo as suas 
propriedades mecânicas, elétricas e ópticas. 
 
Unidade 6 – Aplicação dos Materiais 
Na sexta Unidade, iremos abordar sobre os principais conceitos relacionados 
aos materiais compósitos, incluindo as suas classificações e propriedades 
mecânicas. Em seguida, estudaremos alguns dos principais critérios para seleção 
de materiais, além dos aspectos econômicos sociais e ambientais na engenharia. 
Objetivos da unidade: 
Estudar sobre as principais características e classificações dos materiais 
compósitos, além da regra das misturas. 
Entender as principais propriedades mecânicas dos materiais compósitos, e 
suas diferenças em relação aos materiais não compósitos. 
Apresentar os critérios para seleção de materiais, incluindo os mapas de 
Ashby, alguns materiais avançados, e as questões econômicas, sociais e ambientais 
na engenharia. 
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1 Os Materiais e sua Essência 
 
 
Material de Produção Industrial 
 
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Nesta Unidade, vamos começar apresentando o campo da Ciência e 
Engenharia de Materiais, a partir de diversos exemplos do mundo real. Em seguida, 
faremos uma introdução ao estudo do átomo. 
 
Objetivos da unidade: 
 Compreender os conceitos mais importantes que definem a ciência e 
engenharia dos materiais; 
 Conhecer as características dos materiais, seus tipos e como se 
formam. 
 Entender as propriedades dos materiais; 
 Introduzir os conceitos relacionados ao estudo do átomo e das 
ligações químicas. 
 
Plano da unidade: 
 Definição e tipos de materiais 
 Átomos e materiais 
 Ligações químicas 
 
Bons estudos! 
 
Material de Produção Industrial 
 
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 Definição e tipos de materiais 
Podemos entender a evolução dos povos ao longo da história humana ao 
observarmos as influências dos materiais na vida e na cultura da sociedade. Já na 
Antiguidade, a descoberta de técnicas de manipulação e de novos materiais para 
adequar-se às necessidades cotidianas, ditaram o progresso da sociedade. Essa 
importância dos materiais fica evidente quando observarmos as designações das 
sociedades antigas, como “Idade da Pedra”, “Idade do Bronze”, “Idade do Ferro”. 
Isso se deve ao fato de o desenvolvimento desses materiais terem sido marcantes 
no desenvolvimento da época. 
Os primeiros seres humanos tinham acesso apenas a um conjunto limitado 
de materiais, os quais ocorriam naturalmente, como pedra, madeira, peles, 
argila e etc. Com o tempo, eles evoluíram dos materiais da Idade da Pedra para 
as subsequentes Idades do Ferro e do Cobre (Bronze). Mais tarde, a descoberta 
de técnicas para a produção de materiais superiores aos naturais determinou o 
desenvolvimento das cerâmicas e de vários metais. A utilização do tratamento 
térmico e adição de outros constituintes para a alteração das propriedades dos 
materiais, também foi uma descoberta importante. Naquela época, a utilização 
dos materiais ainda era um processo bastante seletivo, uma vez que envolvia 
escolher o material mais adequado para uma dada aplicação a partir de um 
conjunto muito limitado de materiais. Foi apenas em tempos mais modernos 
que passamos a entender as relações entre as propriedades dos materiais e 
seus elementos estruturais, permitindo a nós “moldar” as características dos 
materiais. Assim, desenvolveram-se dezenas de milhares de novos materiais, 
com características específicas, capazes de atender às necessidades da 
sociedade moderna. A Figura 1 apresenta um resumo da importância relativa 
de cada material ao longo da história. 
 
 
 
Material de Produção Industrial 
 
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Figura 1: Evolução da importância relativa dos materiais ao longo da história. 
 
Fonte: https://ctborracha.com/?page_id=442 
 
Nesse ponto, podemos definir a Ciência e Engenharia de Materiais como “um 
campo interdisciplinar que estuda e manipula a composição e a estrutura de 
materiais utilizando escalas de proporção, a fim de controlar as propriedades dos 
materiais através da síntese e do processamento”. A composição é a constituição 
química do material. A estrutura é a descrição detalhada do arranjo de átomos. A 
síntese é o modo como os materiais são feitos (a partir de quais substâncias 
químicas naturais ou produzidas pelo homem). O processamento é a forma como 
os materiais são transformados em componentes úteis (com propriedades 
adequadas). Portanto, os cientistas e engenheiros de materiais não lidam apenas 
com o desenvolvimento de materiais, mas também com a sua síntese e seu 
processamento, além de os processos de fabricação referentes a ̀ produção de 
componentes. É importante observar que uma das principais funções dos cientistas 
e engenheiros de materiais é estabelecer uma correlação entre as propriedades de 
um material ou dispositivo com o seu desempenho,com sua microestrutura, com 
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sua composição e com o modo como foi sintetizado e processado. A diferença 
fundamental entre os cientistas e os engenheiros de materiais é que, enquanto a 
ciência de materiais se concentra nos fundamentos científicos da correlação entre 
síntese e processamento, microestrutura e propriedades dos materiais (ou seja, 
estuda as relações existentes entre a estrutura e as propriedades dos materiais, 
tendo como objetivo a geração de conhecimento básico para estabelecer os 
conceitos e as teorias que permitam relacionar a estrutura dos materiais com suas 
propriedades e comportamentos), a engenharia de materiais desenvolve os modos 
de converter ou transformar materiais em dispositivos ou estruturas úteis (ela 
busca um conjunto predefinido de propriedades estruturais que sejam adequadas 
a uma determinada aplicação, ou bens acabados). A Figura 2 resume essa 
diferença. 
Figura 2: Espectro do conhecimento sobre materiais. 
 
Fonte: SMITH et al, 2012. 
Uma das atividades mais importantes da economia moderna é a “produção e 
transformação de materiais em bens acabados”. Para que um produto seja 
“manufaturado” é preciso de uma etapa de “planejamento de seu processo de 
produção”, na qual são selecionados diversos materiais, em função dos custos e 
das necessidades técnicas exigidas. Para a elaboração dessa etapa, é necessário 
conhecimento sobre as estruturas internas dos materiais (o conhecimento dos 
materiais a um nível submicroscópico permite a previsão do comportamento desse 
material em operação, além de possibilitar a programação e o controle de suas 
características e propriedades). 
 
Material de Produção Industrial 
 
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Portanto, a Ciência e Engenharia de Materiais é um ramo do conhecimento que 
tem como objetivo a geração e o emprego de conceitos envolvendo a composição 
química, o arranjo atômico e o processamento de materiais com suas 
características e empregos. Dessa forma, a Ciência e Engenharia de Materiais 
permite que cientistas e engenheiros façam escolhas baseadas no projeto, na 
seleção e no uso de materiais para atender aplicações específicas. Segundo 
NEWELL (2018), existem quatro doutrinas fundamentais para guiar o estudo da 
Ciência e Engenharia de Materiais: 
1. Os princípios que governam o comportamento dos materiais são 
baseados na ciência e são compreensíveis; 
2. As propriedades de um dado material são determinadas por sua 
estrutura. O processamento pode modificar a estrutura de maneiras 
específicas e previsíveis; 
3. As propriedades de todos os materiais variam ao longo do tempo devido 
ao uso e à exposição às condições ambientais. 
4. Ao se selecionar um material para uma aplicação específica devem ser 
realizados testes apropriados e em número suficiente, para garantir que o 
material permanecerá apto à aplicação desejada por toda a vida esperada 
do produto. 
Ainda segundo NEWELL (2018), um cientista ou um engenheiro de materiais 
deve: 
 Entender as propriedades associadas com as várias classes de materiais; 
 Conhecer por que essas propriedades existem e como elas podem ser 
alteradas para tornar um material mais apropriado para uma determinada 
aplicação; 
 Ser capaz de medir propriedades importantes dos materiais e avaliar 
como essas propriedades irão afetar o desempenho; 
 Avaliar as considerações econômicas que, em última análise, governam a 
maioria das questões relacionadas aos materiais; 
 Considerar os efeitos de longa duração sobre o meio ambiente ao usar 
um material. 
Material de Produção Industrial 
 
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A tomada de decisão embasada no projeto ou na seleção de um material 
começa com o conhecimento sobre as propriedades mais importantes do material 
para a aplicação específica. É importante observar que essa lista de propriedades 
desejadas pode se tornar tão mais longa ou mais complexa conforme as 
necessidades do produto evoluem. A propriedade é uma característica de um dado 
material, em termos do tipo e da magnitude da sua resposta a um estímulo 
específico que lhe é imposto (ou seja, as propriedades estão relacionadas com o 
comportamento do material quando submetido a algum estímulo ou esforço 
específico). As propriedades são parâmetros fundamentais para a escolha de certo 
material para dada aplicação. Dessa forma, o conhecimento sobre as propriedades 
básicas dos materiais, e como elas se relacionam com a forma como os átomos 
estão organizados, é fundamental para a tomada de decisão adequada sobre a 
seleção de materiais. Nesse aspecto, se faz interessante classificar as propriedades 
em categorias, envolvendo os principais campos de aplicação da engenharia. De 
forma geral, podemos classificar os materiais sólidos nas seguintes seis categorias: 
1. Propriedades Mecânicas: relacionam o comportamento do material 
quando submetido a esforços mecânicos (“habilidade” do material resistir 
a forças mecânicas). A tensão é a força por unidade de área (força dividido 
pela área na qual atua). Como efeito da tensão tem-se a deformação (em 
geral, expressamos o comprimento deformado como uma porcentagem 
do comprimento original). A deformação pode ser elástica (é reversível, 
isto é, desaparece quando a tensão é removida, sendo praticamente 
proporcional à tensão aplicada) ou plástica (é irreversível, isto é, a 
deformação é permanente, ocorrendo quando se excedem os limites de 
deformação elástica). Enquanto a deformação plástica é o resultado do 
deslocamento permanente dos átomos que constituem o material, na 
deformação elástica os átomos mantêm suas posições relativas. São 
propriedades mecânicas: 
1.1. Módulo de Elasticidade (Módulo de Young): é a razão entre a tensão 
aplicada e a deformação elástica resultante, estando relacionado com a 
rigidez do material. 
 
Material de Produção Industrial 
 
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1.2. Ductilidade: é a deformação plástica total, até o ponto de ruptura do 
material. Seu valor pode ser expresso como alongamento nas mesmas 
unidades de deformação. Uma segunda medida de ductilidade é 
chamada de estrição, que consiste na redução da área da seção 
transversal do corpo no instante imediatamente anterior à ruptura. 
Materiais altamente dúcteis sofrem grande redução na área da seção 
transversal antes da ruptura. A estrição é um índice expresso em termos 
de porcentagem e é calculado como (área inicial menos área final) 
dividido pela área inicial. 
1.3. Resistência Mecânica: O limite de resistência à tração de um material é 
calculado como a carga máxima suportada pelo material dividida pela 
área de sua seção transversal inicial. Esse limite é expresso em unidades 
de tensão. É importante observar que o limite de resistência é calculado 
em relação à área inicial. Essa observação é importante particularmente 
para os materiais dúcteis, pois estes sofrem uma redução da área 
quando solicitados pela carga máxima. Apesar de a tensão verdadeira 
solicitada pelo material ser calculada considerando-se a área real, a 
tensão tal como definida anteriormente – tensão é a força por unidade 
de área (força dividida pela área na qual atua) – é mais importante para o 
engenheiro, tendo em vista que os projetos devem ser realizados com 
base nas dimensões iniciais. 
1.4. Fluência: são deformações plásticas permanentes sofridas pelo material 
quando este é submetido a tensões constantes (inferiores ao limite de 
ruptura) por longos períodos de tempo. 
1.5. Dureza: é a resistência da superfície do material à penetração. É 
importante destacar que a dureza e a resistência à tração estão 
intimamente relacionadas. 
1.6. Tenacidade: é a medida de energia necessária para romper o material. É 
diferente da resistência à tração (que é a medida da tensão necessária 
para romper o material). Um material dúctil, por exemplo, com mesma 
resistência de um material frágil requer maior energia para ser rompido 
e, portanto, é mais tenaz. 
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2. Propriedades Elétricas: são os parâmetros que descrevem a resposta do 
material a estímulos de campo elétrico. As propriedades elétricas mais 
conhecidas dos materiais são a resistividade e a condutividade. São 
propriedades elétricas: 
2.1. Resistividade elétrica: a resistividade mede a “dificuldade” de os 
elétrons se movimentarem no material. Materiais com baixa 
resistividade elétrica, como o cobre, são ótimos condutores, enquanto 
materiais com elevada resistividade, como a borracha, são ótimos 
isolantes (dielétricos ou não condutores). 
2.2. Condutividade elétrica: é o inverso da resistividade (1 dividido pela 
resistividade). Portanto mede a “facilidade” com que os elétrons se 
movimentam no material. É importante observar que se um material 
dielétrico for utilizado como isolante elétrico, deve-se considerar a sua 
rigidez dielétrica. 
2.3. Rigidez dielétrica: é o valor limite de campo elétrico que pode ser 
aplicado sobre o material, a partir do qual ele deixa de atuar como 
isolante (passa a funcionar como condutor). O raio, por exemplo, é um 
fenômeno de ruptura da rigidez dielétrica do ar. Isso significa que até 
mesmo o melhor dos isolantes, quando submetido a um campo elétrico 
acima do seu limite de rigidez dielétrica, conduzirá eletricidade (deixará 
de agir como isolante). 
3. Propriedades Térmicas: são as propriedades do material que definem 
sua relação com a energia térmica e sua temperatura. Devemos destacar 
a diferença entre temperatura (que é o nível de atividade térmica do 
material, estando associada ao movimento dos elétrons) e o calor, que é a 
energia térmica. São propriedades térmicas: 
3.1. Condutividade térmica: é a capacidade do material em conduzir calor; 
3.2. Pontos de fusão e de ebulição também são propriedades importantes, 
pois correspondem à transição entre diferentes arranjos estruturais dos 
átomos no material; 
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3.3. Calor específico: é definido como a razão entre a capacidade térmica 
do material e a da água; 
3.4. Capacidade térmica: determina a razão entre a quantidade de calor 
fornecida ao material e a variação de sua temperatura; 
3.5. Dilatação térmica: é a deformação do material devido à variação da 
temperatura. 
4. Propriedades Químicas ou Deteriorativas: se refere à reatividade 
química do material. Quase todos os materiais utilizados pelos 
engenheiros são suscetíveis de corrosão por ataque químico. Em alguns 
materiais, a solubilização é importante. Em outros, o efeito da oxidação 
direta de um metal ou de um material orgânico, como a borracha, é o 
mais importante. A resistência do material à corrosão química, devido ao 
meio ambiente, também pode ser a propriedade mais importante. 
5. Propriedades Magnéticas: é a resposta do material ao ser submetido a 
um campo magnético. São exemplos de propriedades magnéticas a 
susceptibilidade magnética e a permeabilidade magnética. Os materiais, em 
qualquer estado físico, possuem propriedades magnéticas e podem ser 
classificadas em uma das seguintes categorias: 
5.1. Diamagnéticos: são materiais que, quando colocados na presença de 
um campo magnético externo, estabelecem um campo magnético em 
seus átomos com sentido contrário ao que foi submetido, e que 
desaparece assim que o campo magnético externo é removido. Por 
conta disso, esse tipo de material não é atraído por ímãs. São exemplos: 
bismuto, chumbo, mercúrio, ouro, prata etc. 
5.2. Paramagnéticos: são os materiais que possuem elétrons 
desemparelhados, que, ao serem submetidos a um campo magnético 
externo, ficam alinhados no mesmo sentido do campo ao qual foram 
submetidos, o qual desaparece assim que o campo magnético externo é 
retirado. São materiais fracamente atraídos pelos ímãs, como: alumínio, 
cálcio, sódio, magnésio etc. 
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5.3. Ferromagnéticos: são os materiais que, quando submetidos a um 
campo magnético externo, adquirem campo magnético no mesmo 
sentido do campo ao qual foram submetidos, e que permanece quando 
o campo magnético externo é removido. É como se possuíssem uma 
“memória magnética”. Eles são fortemente atraídos pelos ímãs, e esse 
comportamento é observado em poucas substâncias, entre elas estão: 
ferro, cobalto, níquel e alguns de seus compostos. 
6. Propriedades Ópticas: é a resposta do material em relação à incidência 
de luz (estímulo eletromagnético ou irradiação de luz). Alguns exemplos 
de propriedades ópticas são o índice de refração, a absorção, a 
transmitância e a refletividade do material. 
Naturalmente, além da estrutura e das propriedades dos materiais, a Ciência e 
Engenharia de Materiais considera também o processamento e o desempenho dos 
materiais como fatores fundamentais para a sua seleção e aplicação. Esses quatro 
fatores andam juntos, uma vez que a estrutura de um material dependerá de como 
ele é processado; e o desempenho de um material é função de suas propriedades. 
Assim, temos o princípio conhecido como processamento-estrutura-propriedades-
desempenho, mostrado na Figura 3: 
Figura 3: Os quatro componentes da Ciência e Engenharia de Materiais e seu inter-
relacionamento. 
 
Fonte: CALLISTER JR. et al, 2018. 
Nas próximas seções, tenha sempre em mente as relações existentes entre 
esses quatro componentes em termos de projeto, de produção e de utilização dos 
materiais. Nesse ponto, devemos refletir sobre a importância de estudarmos a 
Ciência e a Engenharia de Materiais. É importante observar que a busca por uma 
boa relação entre o custo e a durabilidade dos processos e bens de consumo é um 
dos objetivos dos cientistas e engenheiros que lidam com os materiais e suas 
aplicações. Esses profissionais precisam avaliar e decidir pela seleção de materiais 
apropriados a uma determinada situação. A questão é: como fazê-lo sem conhecer 
os tipos, as propriedades, os processos de fabricação e desempenho esperado de 
um material? Em geral, para que o material mais adequado seja selecionado, o 
primeiro fator a ser considerado na seleção são as propriedades requeridas do 
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material. Vale destacar que, apesar de termos uma vasta gama de materiais 
disponíveis, não podemos assegurar que todas as propriedades requeridas serão 
encontradas em um único material. Nesse caso, é possível que necessitemos 
decidir pelas características mais importantes, ou então buscar uma boa relação 
entre elas. O segundo fator a ser considerado na seleção é a perda das 
propriedades do material durante a sua utilização. Processos corrosivos ou de 
desgaste podem levar à perda da resistência mecânica do material. O terceiro fator 
a ser considerado é o custo, uma vez que reunir todas as características em um 
único material pode tornar a sua utilização economicamente inviável. Além desses 
fatores, devemos considerar a disponibilidade dos materiais e as suas limitações 
sociais e ambientais. Devemos avaliar uma boa relação entre os custos e as 
propriedades. Portanto, devemos conhecer as características, as correlações ente 
estrutura e propriedades, além dos processos de fabricação dos materiais, para 
permitir a seleção de materiais de modo apropriado. Para isso, iremos abordar 
sobre os principais tipos de materiais, suas propriedades, as técnicas de 
processamento, aplicações, bem como as considerações sociais e ambientais de 
sua seleção. 
 Átomos e materiais 
Para entender as classificações dos materiais disponíveis na engenharia 
precisamos entender a natureza de suas ligações atômicas, pois cada tipo de 
material está associado a um ou mais tipos de ligações. São as ligações químicas 
que fazem com que “um amontoado de átomos permaneça unido”. Com isso, 
temos que considerar a estrutura do átomo para entender os fatores que 
governam as propriedades do material. Por exemplo, se um material for 
tensionado, é a força de atração entre os átomosque resiste à tensão e controla a 
deformação e a fragmentação do material (ou seja, são as ligações químicas que 
definem essa propriedade mecânica). A condutividade elétrica resulta da 
mobilidade dos elétrons que estão associados aos átomos do material. A oxidação 
dos metais é causada pela difusão de átomos metálicos (ou de oxigênio) através da 
superfície, a fim de formar o óxido. Logo, algumas das propriedades importantes 
dos materiais sólidos dependem dos arranjos geométricos dos átomos e também 
das interações que existem entre os seus átomos ou moléculas constituintes. 
Material de Produção Industrial 
 
25 
Antes de tudo, precisamos estudar como é o átomo. Cada átomo consiste em 
um núcleo muito pequeno, composto por prótons e nêutrons, e está envolto por 
elétrons em movimento. Tanto os elétrons quanto os prótons possuem cargas 
elétricas, cuja magnitude é de 1,602 × 10–19 C. A carga dos elétrons possui sinal 
negativo, enquanto a carga dos prótons possui sinal positivo; os nêutrons são 
eletricamente neutros. As massas dessas partículas subatômicas são extremamente 
pequenas; os prótons e nêutrons possuem aproximadamente a mesma massa, de 
1,67 × 10–27 kg, que é significativamente maior que a massa de um elétron, de 9,11 
× 10–31 kg (a massa do próton é cerca de 1840 vezes maior do que a massa do 
elétron). A Tabela 1 resume esses dados. 
 
Tabela 1: Massa, carga e unidade de carga de prótons, nêutrons e elétrons. 
 
Fonte: SMITH et al, 2012. 
 
Cada elemento químico é caracterizado pelo número de prótons no seu 
núcleo, ou seu número atômico (Z). Para um átomo eletricamente neutro ou 
completo, o número atômico também é igual ao número de elétrons (uma vez que 
os átomos são eletricamente neutros, eles devem possuir o mesmo número de 
elétrons e de prótons.). Esse número atômico varia em unidades inteiras entre 1, 
para o hidrogênio, e 92, para o urânio, que é o elemento com o maior número 
atômico entre os que ocorrem naturalmente. Dessa forma, o átomo de ferro, que 
contém 26 prótons, tem o número atômico 26. O átomo como um todo é 
eletricamente neutro porque o número de prótons é igual ao de elétrons (então 
um átomo de ferro deve conter 26 elétrons). Temos um íon, quando o átomo é 
carregado. Íons carregados positivamente são chamados de cátions (ou íons 
Material de Produção Industrial 
 
26 
positivos), por exemplo, Fe2+ (significa que o íon de ferro possui 2 prótons a mais 
do que elétrons – como os elétrons são mais “facilmente removidos” do átomo, 
isso significa que esse átomo de ferro perdeu 2 elétrons, ou seja, significa que esse 
íon possui 24 elétrons). Íons carregados negativamente são chamados de ânions 
(ou íons negativos), por exemplo, O3- (o número atômico do átomo de oxigênio é 8, 
isso significa que esse íon de oxigênio ganhou 3 elétrons, ou seja, ele possui 11 
elétrons). Logo, quando o átomo perde elétrons ele se torna um íon positivo e 
quando ele ganha elétrons ele se torna um íon negativo. 
A tabela periódica, mostrada na Figura 4, foi um grande avanço para o estudo 
sistemático da química. Nela, os elementos estão organizados em função dos seus 
números atômicos, agrupados por grupos, baseados em suas configurações 
eletrônicas. Em geral, os elementos de um determinado grupo possuem estrutura e 
propriedades físicas e químicas semelhantes. Essa periodicidade também fica 
evidente quando consideramos as propriedades elétricas, magnéticas e mecânicas 
dos materiais. 
 
Material de Produção Industrial 
 
27 
 
Figura 4: Tabela periódica atualizada mostrando os sete períodos, oito grupos 
principais de elementos, elementos de transição e elementos de transição interna. 
Observar que a maioria dos elementos é classificada como metais ou metaloides. 
 
Fonte: SMITH et al, 2012. 
Material de Produção Industrial 
 
28 
 
No estudo atômico, devemos considerar os conceitos descritos pela mecânica 
quântica. Um dos precursores da mecânica quântica foi o modelo atômico de 
Bohr, no qual se considera que os elétrons circulam ao redor do núcleo atômico 
em orbitais discretos (com valores exatos), e a posição de qualquer elétron 
particular está mais ou menos bem definida em termos do seu orbital. Esse modelo 
do átomo está representado na Figura 5. 
Figura 5: Representação esquemática do átomo de Bohr. 
 
Fonte: CALLISTER JR. et al, 2018. 
Outro importante princípio da mecânica quântica estipula que as energias dos 
elétrons são quantizadas; isto é, aos elétrons só são permitidos valores de energia 
específicos. Dessa forma, a energia de um elétron pode mudar, mas para fazê-lo o 
elétron deve realizar um salto quântico para um nível de energia permitido mais 
elevado (com a absorção de energia), como mostrado na Figura 6 (a) ou para um 
nível de energia permitido mais baixo (com a emissão de energia, normalmente na 
forma de fóton, isto é, de luz), como mostrado na Figura 6 (b). 
Material de Produção Industrial 
 
29 
Figura 6: (a) O elétron de hidrogênio sendo excitado para uma órbita mais 
alta. (b) Um elétron de hidrogênio em uma órbita mais alta descendo para uma 
órbita mais baixa, resultando na emissão de um fóton de energia h ν, em que h é a 
constante de Planck (aproximadamente 6,62607004 × 10-34 m2 kg / s) e ν (lê-se ni) é 
a frequência de oscilação do fóton. 
 
Fonte: SMITH et al, 2012. 
É bastante conveniente pensarmos nessas energias eletrônicas permitidas 
como estando associadas a níveis ou estados de energia. É importante observar 
que esses estados (ou níveis) não variam de uma forma contínua com a energia; 
isto é, os estados adjacentes estão separados por quantidades de energias finitas 
(os elétrons só possuem um número finito de estados (ou níveis) que podem 
alcançar). Dessa forma, o modelo de Bohr representa um modelo bastante simples 
para descrever os elétrons nos átomos, em termos tanto da posição (orbitais 
eletrônicos) quanto da energia (níveis de energia quantizados). 
Segundo CALLISTER JR. et al (2018) esse modelo de Bohr foi considerado como 
possuindo algumas limitações significativas, em razão de sua incapacidade em 
explicar diversos fenômenos que envolvem os elétrons. Daí surgiu uma solução 
com um modelo mecânico-ondulatório, no qual o elétron é visto com 
características tanto de uma onda como de uma partícula. Com esse modelo, um 
elétron não é mais tratado como uma partícula que se move em um orbital 
discreto (ou seja, fixo); em lugar disso, a posição do elétron é analisada como a 
probabilidade de um elétron estar em vários locais ao redor do núcleo. Em outras 
Material de Produção Industrial 
 
30 
palavras, a posição é descrita por uma distribuição de probabilidades, ou uma 
nuvem eletrônica. A Figura 7 compara os modelos de (a) Bohr e (b) mecânico-
ondulatório para o átomo de hidrogênio. 
Figura 7: Comparação entre os modelos atômicos de (a) Bohr e (b) mecânico-
ondulatório em termos da distribuição eletrônica. 
 
Fonte: CALLISTER JR. et al, 2018. 
Note que no modelo de Bohr, a probabilidade de o elétron estar naquela 
posição orbital é de 100% (é certa), enquanto no modelo mecânico-ondulatório 
existe uma probabilidade associada à posição do elétron (a maior probabilidade 
ocorre para aquela posição prevista pelo modelo de Bohr, porém existe uma 
probabilidade do o elétron estar em outros locais ao redor do núcleo). 
Considerando o modelo mecânico-ondulatório, cada elétron em um átomo é 
caracterizado por quatro parâmetros conhecidos como números quânticos. O 
tamanho, a forma e a orientação espacial da densidade de probabilidade de um 
Material de Produção Industrial 
 
31 
elétron são especificados por três desses números quânticos. Além disso, os níveis 
energéticos de Bohr se separam em subcamadas eletrônicas, e os números 
quânticos definem o número de estados em cada subcamada. As camadas são 
especificadas por um número quântico principal, n, que pode assumir valores 
inteirosa partir da unidade; algumas vezes essas camadas são designadas pelas 
letras K, L, M, N, O, e assim por diante, que correspondem, respectivamente, a n = 1, 
2, 3, 4, 5, ... Deve ser observado ainda que o número quântico principal, e somente 
ele, se associa também ao modelo de Bohr (é o mesmo considerado no modelo de 
Bohr). O número quântico principal está relacionado com o tamanho de um orbital 
eletrônico (sua distância média até o núcleo). 
Assim, o estado de energia que cada elétron possui fica identificado pelos 
quatro números quânticos, que são: número quântico principal n, número 
quântico azimutal ou secundário l, número quântico orbital magnético ml e 
número quântico de spin do elétron ms. O número quântico principal reflete o 
agrupamento de elétrons em níveis de energia conhecidos como camadas (n = 1, 
2, 3, 4, 5, ...). Os números quânticos azimutais descrevem os níveis de energia 
dentro de cada camada e refletem outro agrupamento de níveis de energia 
similares, geralmente denominados orbitais (ou subcamadas – cada subcamada é 
designada por uma letra minúscula: s, p, d ou f). O número quântico magnético 
especifica os orbitais associados a um número quântico azimutal particular dentro 
de cada camada (podendo assumir valores entre -l e +l). Por fim, o número 
quântico de spin (ms) recebe os valores +1/2 (spin ou rotação orientada para cima) 
e –1/2 (spin ou rotação orientada para baixo), que refletem os dois possíveis valores 
de “spin” de um elétron (também chamado de momento de spin ou momento de 
rotação). O mais importante dos quatro números quânticos é o número quântico 
principal, o qual define a energia do átomo. 
De acordo com o Princípio de Exclusão de Pauli, dentro de cada átomo, dois 
elétrons nunca podem ter os mesmos quatro números quânticos, portanto, cada 
elétron é designado por um conjunto único de quatro números quânticos. O 
número de níveis de energia possíveis é determinado pelos três primeiros números 
quânticos. Isso significa que cada estado eletrônico pode comportar um número 
máximo de dois elétrons, os quais devem possuir spins opostos. 
Material de Produção Industrial 
 
32 
A validação experimental dos níveis e subníveis eletrônicos foi realizada a 
partir de dados de espectroscopia, dos quais concluiu-se a necessidade de um 
quantum de energia para mover um elétron de um nível de energia para outro de 
maior energia. Inversamente, um quantum de energia é liberado (um fóton é 
liberado) quando um elétron decai de um nível de maior energia para outro de 
menor energia. Essa energia E do fóton é calculada conhecendo-se o comprimento 
de onda λ (lê-se lambda) do fóton, como mostrado na equação a seguir: 
E = h c / λ = h ν 
Em que h é a constante de Planck (aproximadamente 6,62607004 × 10-34 m2 kg 
/ s) e c é a velocidade da luz (aproximadamente 3 x 108 m / s). A frequência de 
radiação (ou de oscilação) da luz é c / λ = ν. 
É importante observar que cada elemento apresenta um diferente conjunto 
desses níveis de energia, portanto as diferenças entre eles também são únicas. 
Tanto os níveis de energia como as diferenças entre eles são conhecidos com 
grande precisão para cada elemento, formando a base para muitos tipos de 
espectroscopia (são métodos de análise de substâncias baseados nos seus 
espectros de absorção e emissão – pois cada elemento possui seu próprio espectro 
de emissão e absorção). Utilizando-se um método espectroscópico, a identidade 
de elementos em uma amostra pode ser determinada (quais substâncias estão 
presentes nessa amostra?). 
Como aprendemos no início dessa seção, os átomos são eletricamente neutros 
(possuem o mesmo número de prótons e elétrons), mas isso não significa que eles 
sejam “estáveis” (com exceção dos gases nobres). De forma geral, quando um 
átomo “não estável” se aproxima de outro também “não estável” ocorre uma 
interação entre as eletrosferas de ambos. Esta interação pode ocorrer de várias 
formas: compartilhamento de elétrons, troca de elétrons ou “socialização” de 
elétrons dos átomos “em contato”. Esta interação produz uma força que faz com 
que os átomos permaneçam unidos, que é a “força de ligação química” (ou 
simplesmente ligação química). Com esta força atuando, os átomos ficam unidos e 
para separá-los é necessário ceder uma força maior que a da ligação química. 
 
Material de Produção Industrial 
 
33 
 Ligações Químicas 
Como agem as ligações químicas? Existe uma força que faz os átomos se 
atraírem agrupando-os (semelhante a um ímã, no qual o polo negativo de um ímã 
é atraído pelo polo positivo de outro). Lembre-se que cargas opostas se atraem! E é 
justamente o que ocorre no caso das ligações químicas. Os átomos quando 
próximos de outros modificam o equilíbrio das suas cargas elétricas fazendo com 
que um átomo fique “grudado” em outro devido à atração de cargas. Esta força é 
conhecida como força de ligação química, ou simplesmente ligação química. 
Na Engenharia, a maior parte dos materiais está no estado sólido ou líquido, 
dependendo da atração que mantém os átomos unidos nesse estado. Para 
entender a importância de se estudar essas atrações, considere um pedaço de fio 
de cobre. Em condições usuais, as forças de atração que mantêm os átomos unidos 
são fortes. Se tal não ocorresse, os átomos seriam facilmente separados, o metal se 
deformaria sob pequenas solicitações e as vibrações atômicas associadas à energia 
térmica provocariam a gaseificação dos átomos em temperaturas mais baixas. 
Assim, tal qual esse fio de cobre, as propriedades de qualquer material dependem 
das forças interatômicas presentes. 
De fato, o comportamento e as características de um átomo (tamanho atômico, 
energia de ionização e afinidade eletrônica, por exemplo) dependem da sua 
estrutura eletrônica e das forças de atração entre o núcleo e os elétrons (assim 
como da existência das forças de repulsão entre estes). De forma análoga, o 
comportamento e as propriedades de uma substância também dependem do tipo 
e da intensidade das ligações entre os átomos que a compõem. 
Como dito anteriormente, com exceção dos gases nobres, é raro encontrarmos 
na natureza átomos isolados, pois, apesar de apresentarem o mesmo número de 
prótons e elétrons (serem eletricamente neutros), não possuem os estados dentro 
da camada eletrônica mais externa (chamados de elétrons de valência) 
completamente preenchidos. Com isso, os átomos precisam fazer algum tipo de 
associação com outros átomos buscando essa estabilidade. Tal associação acaba 
por produzir algum tipo de instabilidade de cargas elétricas, resultando na atração 
entre os átomos envolvidos (que é justamente o que chamados de ligação 
químicas). 
Material de Produção Industrial 
 
34 
As ligações químicas podem ser divididas em ligações primárias ou secundárias, 
dependendo da sua intensidade. As ligações primárias são cerca de dez vezes mais 
fortes do que as secundárias, com energia de ligação da ordem de 100 kcal/mol. As 
ligações primárias envolvem a transferência ou o compartilhamento de elétrons no 
orbital externo, resultando em uma junção entre os átomos adjacentes. Na 
categoria de ligação primária estão: 
1. Ligações iônicas. 
2. Ligações metálicas. 
3. Ligações covalentes. 
As ligações secundárias são as ligações de van der Waals, com origem em 
mecanismos diferentes e relativamente mais fracas. Vamos analisar cada um dos 
tipos de ligação a seguir. 
Ligações iônicas: 
Nas ligações iônicas, um ou mais elétrons são transferidos de um átomo 
eletropositivo (menos “ávido” por elétrons) para outro mais eletronegativo 
(“sedento” por elétrons). É o resultado da atração entre íons negativos (ou ânions) e 
positivos (ou cátions). Assim, a força de ligação existe, pois um átomo ao ceder 
elétrons fica mais positivo e o outro átomo ao receber elétrons fica mais negativo, 
fazendo com que os átomos fiquem eletricamente desbalanceados. A ligação 
iônica ocorre devido à atraçãoentre o íon negativo ou ânion (átomo que recebeu 
elétrons) e o íon positivo ou cátion (átomo que doou elétrons). 
A ligação iônica é encontrada sempre nos compostos cuja composição 
envolve tanto elementos metálicos quanto não metálicos (ou seja, elementos que 
estão localizados nas extremidades horizontais da tabela periódica). Isso ocorre, 
pois a diferença na eletronegatividade é muito elevada entre esses átomos, 
favorecendo a ligação iônica. Dessa forma, os átomos de um elemento metálico 
perdem com facilidade seus elétrons de valência para os átomos de elementos não 
metálicos. O cloreto de sódio (NaCl) é o material iônico clássico. A ligação iônica 
entre átomos de sódio e de cloro é ilustrada na Figura 8. 
 
 
Material de Produção Industrial 
 
35 
Figura 8: Ligação iônica entre átomos de sódio (Na) e cloro (Cl) 
 
Fonte: SHACKELFORD, 2008. 
Observe que a transferência de elétrons do Na para o Cl cria um cátion (Na+) e 
um ânion (Cl–). Com isso, a ligação iônica se deve à atração elétrica (força de 
atração de Coulomb) entre os íons de cargas opostas. É importante observar que a 
ligação iônica é não direcional (ou seja, a intensidade da ligação é igual em todas as 
direções ao redor do íon), como mostra a Figura 9. Isso significa que o cátion Na+ 
atrairá qualquer ânion Cl– que estiver na vizinhança, maximizando a quantidade de 
ânions para formar o “sal de cozinha” (que no caso dessa molécula são seis ânions). 
 
 
Material de Produção Industrial 
 
36 
Figura 9: Empilhamento regular de íons Na+ e Cl– no cloreto de sódio, indicando a 
natureza não direcional da ligação. 
 
Fonte: SHACKELFORD, 2008. 
É importante observar que uma carga negativa é atraída por todas as cargas 
positivas e uma carga positiva é atraída por todas as cargas negativas. Com isso, os 
íons de sódio (cargas positivas) ficam envolvidos por íons de cloreto, e os íons de 
cloreto (cargas negativas) ficam envolvidos por íons de sódio, sendo a atração igual 
em todas as direções (tornando a ligação não direcional). 
Ligações covalentes: 
As ligações covalentes ocorrem quando um ou mais elétrons são 
compartilhados entre dois átomos, gerando uma força de atração entre aqueles 
que participam da ligação. Dois átomos que estão ligados de maneira covalente 
vão contribuir, cada um, com pelo menos um elétron para a ligação, e os elétrons 
compartilhados podem ser considerados como pertencentes a ambos os átomos. 
Este compartilhamento é muito comum nas moléculas orgânicas. Diferentemente 
das ligações iônicas, as ligações covalentes são direcionais, em geral resultando em 
um ângulo de ligação. 
Material de Produção Industrial 
 
37 
A ligação covalente é encontrada em materiais cujos átomos têm pequenas 
diferenças em suas eletronegatividades (ou seja, que estão localizados próximos 
um do outro na tabela periódica) e, sobretudo, entre não metais. As ligações 
covalentes são o tipo mais comum de ligação na natureza, abrangendo desde o 
hidrogênio diatômico aos materiais biológicos e macromoléculas sintéticas. Além 
disso, esse tipo de ligação pode responder por uma parte das ligações totais em 
materiais iônicos e metálicos (também pode estar presente). Assim como as 
ligações iônicas, as ligações covalentes são ligações muito fortes. 
Quando a ligação envolve uma combinação de dois átomos idênticos, como 
no caso da molécula de H2 e de N2, os pares de elétrons são igualmente 
compartilhados, resultando em uma ligação apolar (nesse caso, os dois lados da 
molécula são idênticos, resultando em uma diferença de eletronegatividade nula – 
ou seja, não existe diferença de eletronegatividade, que também pode ser 
chamada de polaridade). Já no caso da molécula de H2O, a transferência de carga é 
parcial, o que torna o hidrogênio levemente positivo em relação ao oxigênio 
(levemente negativo), resultando em uma ligação polar (ou seja, com diferença de 
eletronegatividade, ou polaridade). 
A Figura 10 ilustra uma ligação covalente para formar o gás cloro (Cl2) 
representada através de (a) um modelo planetário e (b) a densidade de elétrons 
real, concentrada ao longo de uma linha reta entre os núcleos de Cl. 
Figura 10: Ligação covalente em uma molécula de gás cloro (Cl2) através de (a) um 
modelo planetário e (b) densidade de elétrons real. 
 
Fonte: SHACKELFORD, 2008. 
 
Material de Produção Industrial 
 
38 
Vamos considerar agora um átomo de silício, o qual possui uma valência igual 
a quatro (quatro elétrons na camada de valência), atinge uma camada externa de 
energia completa com oito elétrons, compartilhando seus elétrons de valência com 
quatro átomos de silício ao redor, como mostra a Figura 11 (a) e (b). Cada um 
desses compartilhamentos representa uma ligação covalente. Dessa forma, cada 
átomo de silício é ligado a quatro átomos vizinhos por meio de quatro ligações 
covalentes. Segundo ASKELAND et al (2014) para que as ligações covalentes sejam 
formadas, os átomos de silício devem estar dispostos de modo que tais ligações 
tenham uma relação direcional fixa entre si (forma-se uma relação direcional 
sempre que as ligações entre átomos, em um material ligado de modo covalente, 
ocorrem com ângulos específicos, de acordo com o material). No caso do silício, 
esse arranjo produz um tetraedro com ângulos de 109,5° entre as ligações 
covalentes, como mostrado na Figura 11 (c). 
Figura 11: (a) As ligações covalentes exigem que os elétrons sejam 
compartilhados entre átomos, de modo que cada átomo tenha seu orbital externo 
preenchido. (b) No caso do silício, que tem valência quatro, é preciso formar quatro 
ligações covalentes. (c) As ligações covalentes são direcionais. No silício, é formada 
uma estrutura tetraédrica com ângulos de 109,5o, necessária entre cada ligação 
covalente. 
 
Fonte: ASKELAND et al, 2014. 
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39 
No estudo da engenharia dos materiais, o carbono é muito importante, tendo 
em vista que é o elemento básico na constituição de grande parte dos materiais 
poliméricos. A Figura 12 ilustra uma molécula polimérica de (a) etileno (C2H4) e (b) 
polietileno, que resulta da conversão de uma ligação C=C em C-C. 
Figura 12: (a) Molécula de etileno (C2H4) e (b) molécula de polietileno. Essa última 
resulta de uma da conversão de uma ligação C=C em C-C. 
 
Fonte: SHACKELFORD, 2008. 
É importante observar que, no caso dos polímeros, as ligações entre átomos na 
cadeia de macromoléculas são ligações covalentes fortes, enquanto as ligações nas 
intercadeias (as quais mantêm as macromoléculas unidas) são ligações secundárias 
fracas (ligações de van der Waals). 
Na maioria dos casos, as ligações covalentes são bastante fortes. Como 
resultado, os materiais com esse tipo de ligação são quase sempre muito 
resistentes e duros. Exemplos de materiais que possuem ligações covalentes são: o 
diamante, o carbeto de silício (SiC), o nitreto de silício (Si3N4) e o nitreto de boro 
Material de Produção Industrial 
 
40 
(BN). Esses materiais apresentam ainda pontos de fusão bastante elevados, o que 
pode torná-los úteis em aplicações em que o material opere em temperaturas 
elevadas. Entretanto, as elevadas temperaturas necessárias para o processamento 
desses materiais representam um desafio prático. Segundo ASKELAND et al (2014) 
os materiais ligados covalentemente costumam ter ductilidade limitada, uma vez 
que as ligações tendem a ser direcionais. A condutividade elétrica de vários 
materiais com ligações covalentes (como o silício, diamante e várias cerâmicas, por 
exemplo) não é elevada, pois os elétrons de valência estão presos nas ligações 
entre átomos (não estando prontamente disponíveis para condução). Em alguns 
desses materiais (como o próprio silício), podemos obter níveis controlados de 
condutividade elétrica, por meio de uma inserção controlada de pequenas 
quantidades de outros elementos (chamados de dopantes). Nesse caso, a utilidadedecorre dessa condutividade intermediária (os materiais semicondutores). Ainda 
de acordo com ASKELAND et al (2014) os polímeros condutores são outros bons 
exemplos de materiais com ligações covalentes que podem ser transformados em 
materiais semicondutores. É importante destacar que a existência de polímeros 
condutores vem despertando a atenção de diversos cientistas e engenheiros, 
visando ao desenvolvimento de componentes eletrônicos leves e flexíveis. 
Devemos estar atento que não é possível prever as propriedades de um 
material (se ele terá alta ou baixa resistência, ou se será dúctil ou frágil) baseando-
se apenas na natureza de suas ligações! São necessárias mais informações sobre as 
estruturas em nível atômico, micro e macro do material (que veremos na próxima 
Unidade). Ainda assim, a natureza das ligações nos fornece uma “tendência” geral 
em materiais com determinados tipos de ligações e de composições químicas. 
Ligações metálicas: 
As ligações metálicas envolvem o compartilhamento de elétrons e são não 
direcionais. Ela ocorre da seguinte forma: os metais possuem um, dois ou no 
máximo três elétrons na última camada (de valência), os quais estão ligados a um 
único átomo e estão relativamente livres para se movimentar por todo o metal (ou 
seja, possuem possibilidade de se movimentar livremente quando juntos com 
outros átomos com as mesmas características). Esses elétrons livres formam uma 
“nuvem” de elétrons. Os demais elétrons (que não são de valência permanecendo 
presos ao átomo) e o núcleo do átomo formam um núcleo de íons com carga 
Material de Produção Industrial 
 
41 
líquida positiva (pois perderam elétrons) e são envolvidos pela “nuvem” de 
elétrons (isto é, os elétrons presos mais o núcleo formam um “caroço” 
eletricamente positivo que é envolvido por uma nuvem de elétrons). Os elétrons 
da nuvem atuam como uma “cola” mantendo os caroços positivos unidos, como 
mostra a Figura 13. É importante observar que a condutividade dos metais ocorre 
em virtude dessa “nuvem” de elétrons (pois a condutividade, tanto elétrica quanto 
térmica, é justamente uma grandeza que mede a “mobilidade” dos elétrons por 
entre os átomos). Outras propriedades físicas e mecânicas dos materiais metálicos, 
como a capacidade de modelagem (ductilidade), também são consequência deste 
tipo de ligação. 
Figura 13: As ligações metálicas ocorrem quando átomos doam os elétrons de 
valência, formando uma “nuvem” de elétrons que pertencem a todos os átomos. 
Os núcleos positivamente carregados (núcleos e elétrons das camadas mais 
internas) são unidos devido a ̀ atração mútua com os elétrons, que são 
negativamente carregados. 
 
Fonte: ASKELAND et al, 2014. 
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42 
Um exemplo é o alumínio que doa seus três elétrons de valência (da camada 
de valência), fazendo com que o átomo fique composto do núcleo e dos elétrons 
das camadas mais internas (demais elétrons). Nessa configuração, o átomo de 
alumínio passa a possuir uma carga positiva equivalente a três (uma vez que doou 
três elétrons, os quais possuem carga negativa). Dessa forma, os elétrons de 
valência movem-se livremente nessa “nuvem” de elétrons, de forma que cada 
elétron pertença simultaneamente a vários átomos. Essa atração mútua entre os 
elétrons da “nuvem” e os núcleos positivamente carregados é que mantém os 
núcleos unidos, produzindo, assim, uma forte ligação metálica. Segundo 
ASKELAND et al (2014) o fato de os elétrons de valência não estarem fixos em 
determinada posição permite que a maioria dos metais puros sejam bons 
condutores de eletricidade em temperaturas relativamente baixas (inferiores a 300 
K). Sob a influência de uma tensão elétrica, se o circuito estiver fechado, os elétrons 
de valência tendem a se mover, gerando uma corrente elétrica (como ocorre em 
um fio de cobre da rede elétrica). 
De acordo com SMITH et al (2012) os pontos de fusão de metais puros são 
apenas moderadamente altos porque, para esse processo, não e ́ necessário 
romper a ligação entre o núcleo e a nuvem de elétrons (como é o caso das 
ligações iônicas e covalentes, nas quais o núcleo e a nuvem de elétrons estão 
ligados). Assim, em geral, os materiais iônicos e as redes covalentes exibem 
temperaturas de fusão mais altas porque ambos requerem o rompimento das 
ligações para tanto (as ligações entre os íons em um metal podem ser 
rompidas em níveis de energia menores comparativamente às ligações iônicas 
e covalentes). Além disso, as propriedades mecânicas dos metais são muito 
diferentes das propriedades mecânicas dos materiais iônicos e de rede 
covalente. Em particular, os metais puros são substancialmente mais maleáveis 
(macios e deformáveis) do que os materiais iônicos e de rede covalente. De 
fato, ha ́ poucas aplicações estruturais para esse tipo de metal em razão de sua 
característica de inexistente rigidez (isso ocorre porque, sob a ação de uma 
força externa, os íons no metal deslizam uns sobre os outros com relativa 
facilidade). Segundo ASKELAND et al (2014) os metais apresentam boa 
ductilidade pelo fato de suas ligações não serem direcionais. É importante 
observar que existem outras razões relacionadas a ̀ microestrutura que podem 
explicar por que os metais apresentam menor resistência mecânica e maior 
Material de Produção Industrial 
 
43 
ductilidade do que se pode prever pelas suas ligações. Lembrando que a 
ductilidade refere-se a ̀ capacidade dos materiais de serem alongados ou 
dobrados de forma permanente (ou seja, deformados) sem se romper. 
Ligações de van der Waals 
Até agora, consideramos apenas as ligações primárias entre os átomos, as 
quais dependem da interação entre os elétrons de valência. As ligações 
secundárias ou de van der Waals (físicas) existem entre praticamente todos os 
átomos ou moléculas (entretanto, a sua presença pode não ser percebida quando 
um dos três tipos de ligação primária estiver presente). As ligações secundárias são 
fracas quando comparadas às ligações primárias, possuindo energia de ligação de 
cerca de 4 a 42 kJ/mol (1 a 10 kcal/mol) e uma atração relativamente fraca, sem 
ocorrer transferência ou compartilhamento de elétrons. As ligações secundárias 
são resultantes da distribuição assimétrica das cargas positivas e negativas dentro 
de um átomo ou moléculas (essa assimetria de carga é chamada de dipolo atômico 
ou molecular). Um dipolo elétrico existe se houver alguma separação entre as 
partes positiva e negativa de um átomo ou molécula. A ligação resulta da força de 
atração elétrica (de Coulomb) que existe entre a extremidade positiva de um 
dipolo e a região negativa de um dipolo adjacente, como mostrado na Figura 14. 
Figura 14:Ilustração esquemática da ligação de van der Waals entre dois dipolos. 
 
Fonte: CALLISTER JR. et al, 2018. 
 
As ligações de van der Waals ocorrem devido à polarização da molécula e em 
função dos tipos de dipolo formado, que são classificados em temporários 
(induzidos) ou permanentes. Segundo PAVANATI (2015), os dipolos temporários 
estão relacionados com as deformações momentâneas na nuvem eletrônica de 
moléculas apolares, causadas por algum fator externo, por exemplo, um campo 
elétrico externo (essa deformação da nuvem eletrônica causa uma distribuição 
Material de Produção Industrial 
 
44 
desigual das cargas elétricas – um campo elétrico carregado positivamente pode, 
por exemplo, fazer com que os elétrons da nuvem se aproximem da fonte de 
campo elétrico e as cargas positivas se afastem, deformando a nuvem; essa divisão 
atômica ou molecular de dois polos, um positivo e um negativo, é o que 
chamamos de “dipolo”). Esse dipolo induz a polarização da molécula vizinha 
(considere a molécula da esquerda mostrada na Figura 14: se, por exemplo, o fator 
externo causar o deslocamento da nuvem eletrônica dessa molécula para a direita, 
teremos a formação de um dipolo com a carga positiva dolado esquerdo e a carga 
negativa do lado direito; quando a molécula da direita se aproximar desse dipolo, 
as cargas negativas do dipolo (que estão mais próximas da molécula da direita) irão 
afastar a nuvem de elétrons (por também ser negativa) para a direita e irão 
aproximar a carga positiva (pois cargas opostas se atraem), formando um dipolo 
induzido). Esse processo é chamado de polarização (o dipolo induz a polarização 
da molécula vizinha, convertendo-se em uma atração fraca entre eles, como 
mostrado na Figura 14). Um exemplo de dipolo temporário ocorre com o átomo de 
argônio (Ar), ilustrado na Figura 15. 
Figura 15: Ilustração de um dipolo induzido em átomos de argônio adjacentes. 
 
Fonte: SHACKELFORD, 2008. 
Quando isolado, o átomo de argônio está em uma condição de 
eletroneutralidade. Entretanto, ao aproximar outro átomo de argônio a esse 
átomo, ocorre um leve deslocamento de cargas, induzindo o mesmo 
comportamento no átomo vizinho (assim, é estabelecida uma ligação secundária 
fraca por um dipolo induzido – a carga positiva do átomo de argônio da esquerda e 
a carga negativa do átomo de argônio da direita se atraem, como mostrado na 
Figura 15). As interações que ocorrem entre dois dipolos induzidos entre átomos 
ou moléculas são denominadas forças de London. 
Material de Produção Industrial 
 
45 
PAVANATI (2015) define ainda os dipolos permanentes como as interações que 
ocorrem entre moléculas polares cuja característica é a distribuição não uniforme 
de carga elétrica. Um exemplo de dipolo permanente é a molécula de HCl. Nesse 
caso, a densidade eletrônica se concentra mais sobre o átomo de cloro (por ele ser 
mais eletronegativo), ocorrendo à concentração de elétrons sobre ele, como 
ilustrado na Figura 16. 
Figura 16: Moléculas de HCl: representação de uma ligação secundária a partir de 
um dipolo permanente. 
 
Fonte: BROWN et al, 2005. 
Dessa forma, o hidrogênio representa o polo (ou carga) positivo da molécula 
enquanto o cloro representa o polo (ou carga) negativo, e as moléculas vizinhas se 
atrairão por estes polos. As interações que ocorrem entre moléculas 
permanentemente polares são conhecidas como interações de Keesom. 
Segundo ASKELAND et al (2014), as moléculas polares também podem induzir 
dipolos em moléculas apolares adjacentes, e uma ligação se formará como 
resultado das forças de atração entre as duas moléculas. Nesse caso, quando um 
dipolo induzido (isto é, um dipolo é induzido no que seria normalmente um átomo 
ou uma molécula sem polaridade) interage com uma molécula com um momento 
de dipolo permanente, temos uma interação de Debye. Um exemplo de tal 
interação seriam as forças existentes entre moléculas de água (dipolo permanente) 
com as moléculas de tetracloreto de carbono (molécula apolar que se tornou um 
dipolo induzido com a aproximação das moléculas de água). 
 
Material de Produção Industrial 
 
46 
ASKELAND et al (2014) expõem ainda que a força de Keesom (ligação entre 
moléculas com momentos de dipolo permanentes, apresentada anteriormente) é 
normalmente chamada de ponte de hidrogênio, na qual os átomos de hidrogênio 
representam uma das regiões polares. As pontes de hidrogênio são ligações 
intermoleculares (entre moléculas) do tipo dipolo-dipolo que ocorre quando temos 
o hidrogênio ligado ao flúor, ao nitrogênio ou ao oxigênio (o hidrogênio de uma 
molécula ligado a um desses átomos da molécula adjacente). Dessa forma, a ponte 
de hidrogênio é essencialmente uma força de Keesom, que é um tipo de força de 
van der Waals (ligação secundária). É o que ocorre com as moléculas de água: a 
ligação O-H (ponte de hidrogênio com o oxigênio) tem um caráter direcional (em 
virtude da eletronegatividade, o oxigênio torna-se um centro negativo e o 
hidrogênio um centro positivo, estabelecendo essa ligação secundária). A força, 
relativamente intensa, de Keesom, entre moléculas de água é a razão pela qual a 
tensão superficial (72 mJ/m2 ou dina/cm à temperatura ambiente) e o ponto de 
ebulição da água (100 °C) serem muito maiores do que os de muitos líquidos 
orgânicos que tenham peso molecular comparável (tensão superficial ~20 a 25 
dina/cm, pontos de ebulição de até 80 °C). Isso ocorre pois, apesar de as ligações de 
van der Waals serem secundárias, os átomos dentro das moléculas ou dos grupos 
de átomos estão unidos por fortes ligações covalentes ou iônicas (com isso, o 
aquecimento da água até o ponto de ebulição rompe as ligações de van der Waals 
e transforma a água em vapor, mas temperaturas muito superiores são necessárias 
para romper as ligações covalentes que unem os átomos de oxigênio e hidrogênio 
– cuidado para não confundir, existem as ligações covalentes entre os átomos de 
hidrogênio e de oxigênio para formar a molécula de água e existem as pontes de 
hidrogênio que são as ligações entre o hidrogênio de uma molécula de água com o 
oxigênio da molécula de água vizinha, que é uma ligação secundária, 
intermolecular). 
A coesão fornecida por muitas cadeias poliméricas ocorre através das pontes 
de hidrogênio associadas a hidroxila (OH–). Outro exemplo é a ligação entre duas 
cadeias de PVC, mostrada na Figura 17. 
 
 
Material de Produção Industrial 
 
47 
Figura 17: (a) No poli (cloreto de vinila), PVC, os átomos de cloro unidos à 
cadeia polimérica possuem carga negativa, ao passo que os átomos de hidrogênio 
têm carga positiva. As cadeias estão fracamente unidas por ligações de van der 
Waals. Essa ligação, apesar de fraca, contribui para tornar o PVC mais rígido. (b) 
Quando uma força é aplicada ao polímero, as ligações de van der Waals são 
rompidas e as cadeias se deslizam umas em relação às outras. 
 
Fonte: ASKELAND et al, 2014. 
De acordo com ASKELAND et al (2014), os polímeros, em que as forças de van 
der Waals são mais intensas, tendem a ser relativamente mais rígidos e apresentam 
temperaturas de transição vítrea relativamente maiores (a temperatura de 
transição vítrea é aquela abaixo da qual alguns polímeros tendem a se comportar 
como materiais frágeis isto é, apresentam baixa ductilidade). Consequentemente, 
os polímeros com ligações de van der Waals (além das ligações covalentes nas 
Material de Produção Industrial 
 
48 
cadeias e nos grupos laterais) são relativamente frágeis à temperatura ambiente 
(por exemplo, o PVC). Ao processarem tais polímeros, eles precisam ser 
“plasticizados”, adicionando-se outras moléculas polares menores, que interagem 
com as partes polares das longas cadeias de polímeros, reduzindo a temperatura 
de transição vítrea e aumentando a flexibilidade. 
Nessa Unidade fizemos uma introdução no estudo da Ciência e Engenharia 
dos Materiais. É importante observar até aqui que para entendermos as 
propriedades dos materiais precisamos conhecer os tipos de ligações presentes 
nele. Um exemplo é o grafite e o diamante: embora ambos possuam a estrutura 
composta pelo elemento carbono, o tipo de ligação e o arranjo estrutural 
conferem-lhe propriedades bastante diferentes (o diamante é um mineral muito 
duro, com grande capacidade de riscar, enquanto o grafite é mais maleável). Na 
próxima Unidade, estudaremos as diferentes classificações dos materiais, assim 
como as suas estruturas. 
 
 
É hora de se avaliar 
Lembre-se de realizar as atividades desta unidade de estudo. Elas irão 
ajudá-lo a fixar o conteúdo, além de proporcionar sua autonomia no processo de 
ensino-aprendizagem. 
Material de Produção Industrial 
 
49 
 Exercícios – Unidade 1 
1. Sobre as definições dos conceitos da Ciência e Engenharia dos materiais, é 
correto afirmar que: 
a) A resistividade elétrica mede a "dificuldade" de os elétrons se 
movimentarem no material. 
b) O processamento é o modo como os materiais são feitos. 
c) A composição é a constituição química do material. 
d) TODAS as alternativas anteriores estão CORRETAS. 
e) TODAS as alternativas anteriores estão INCORRETAS.2. De maneira geral, as propriedades dos materiais sólidos podem ser 
agrupadas em 6 categoriais. Sobre essas categorias é correto afirmar que: 
a) As propriedades magnéticas apresentam a resposta do material a 
estímulos de campo elétrico. 
b) O índice de refração e a refletividade são exemplos de propriedades 
elétricas. 
c) As propriedades deteriorativas referem-se à reatividade química do 
material. 
d) O módulo de elasticidade é um exemplo de propriedade térmica. 
e) TODAS as alternativas anteriores estão INCORRETAS. 
 
Material de Produção Industrial 
 
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3. Considere as seguintes afirmações sobre as propriedades mecânicas dos 
materiais: 
1- O módulo de elasticidade ou módulo de Young é a razão entre a tensão 
aplicada e a deformação elástica resultante, estando relacionado com a rigidez do 
material. 
2- A ductilidade é calculada como a carga máxima suportada pelo material 
dividida pela área de sua seção transversal inicial. 
3- A dureza é a deformação plástica total, até o ponto de ruptura do material. 
São corretas as afirmações: 
a) 1 apenas. 
b) 1 e 2 apenas. 
c) 2 e 3 apenas. 
d) TODAS as afirmações estão CORRETAS. 
e) TODAS as afirmações estão INCORRETAS. 
 
4. Sobre as propriedades elétricas dos materiais, é correto afirmar que: 
a) A resistividade elétrica resistividade mede a “dificuldade” de os elétrons 
se movimentarem no material. 
b) A condutividade elétrica é diretamente proporcional à resistividade 
elétrica. 
c) A rigidez dielétrica é o valor limite de campo elétrico que pode ser 
aplicado sobre o material, a partir do qual ele deixa de atuar como 
condutor, passando a atuar como isolante. 
d) TODAS as alternativas anteriores estão CORRETAS. 
e) TODAS as alternativas anteriores estão INCORRETAS. 
 
Material de Produção Industrial 
 
51 
5. Além da estrutura e das propriedades, a ciência e a engenharia de materiais 
consideram o processamento e o desempenho como fatores importantes em sua 
seleção e aplicação. Marque a alternativa que apresenta corretamente a ordem de 
inter-relação entre esses quatro fatores. 
a) Processamento->Estrutura->Propriedades->Desempenho. 
b) Estrutura->Propriedades->Processamento->Desempenho. 
c) Desempenho->Estrutura->Propriedades->Processamento. 
d) Processamento->Desempenho-> Estrutura->Propriedades. 
e) TODAS as alternativas anteriores estão INCORRETAS. 
 
6. Na sociedade moderna, a busca contínua de uma boa relação entre custo e 
durabilidade dos mais variados bens de consumo e processos movimenta 
cientistas e engenheiros de todas as áreas. Considere as seguintes afirmações sobre 
a seleção de materiais: 
1- Apesar de uma vasta gama de materiais existentes, não há garantia de que 
todas as propriedades requeridas serão encontradas em um único material. 
2- A perda das propriedades originais do material durante sua utilização 
também é um fator a ser considerado. 
3- O custo é um fator determinante, visto que a tentativa de reunir todas as 
características em um único material pode tornar a sua utilização inviável do ponto 
de vista econômico. 
São corretas as afirmações: 
a) 1 e 2 apenas. 
b) 2 e 3 apenas. 
c) 1 e 3 apenas. 
d) TODAS as afirmações estão CORRETAS. 
e) TODAS as afirmações estão INCORRETAS. 
 
Material de Produção Industrial 
 
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7. Considere as afirmações a seguir sobre a estrutura atômica dos materiais 
segundo a mecânica quântica: 
1- Os quatro números quânticos são: número quântico principal, número 
quântico momento angular orbital, número quântico orbital elétrico e número 
quântico de spin do elétron. 
2- O número quântico mais importante é o número quântico de spin do 
elétron. 
3- Pelo princípio da exclusão de Pauli, dois elétrons em um átomo podem ter 
os mesmos números quânticos. 
São corretas as afirmações: 
a) 1 apenas. 
b) 1 e 2 apenas. 
c) 1 e 3 apenas. 
d) TODAS as afirmações estão CORRETAS. 
e) TODAS as afirmações estão INCORRETAS. 
 
8. Com exceção dos gases nobres, raramente encontramos na Natureza 
átomos isolados, devido à camada eletrônica mais externa não ter os estados 
completamente preenchidos. Dessa forma, os átomos necessitam fazer algum tipo 
de associação com outros átomos para buscar essa estabilidade. Assinale a 
alternativa que apresente uma afirmação INCORRETA sobre as ligações atômicas. 
a) As ligações atômicas podem ser divididas em ligações primárias ou 
secundárias. 
b) As ligações primárias são cerca de dez vezes mais fortes que as 
secundárias. 
c) As ligações iônicas se enquadram na categoria de ligações primárias. 
d) As ligações covalentes se enquadram na categoria de ligações primárias. 
e) As ligações metálicas são direcionais. 
Material de Produção Industrial 
 
53 
 
9. Um elétron decaiu de um estado de energia mais elevado para o seu estado 
fundamental, cuja diferença entre esses níveis de energia é dada por E = 0,0008 pJ. 
Determine a frequência do fóton. Em seguida, responda: esse fóton foi emitido ou 
absorvido? Justifique. Considere h = 6,62607004 × 10-34 J s. 
 
 
 
 
 
10. Explique o que são os dipolos induzidos e os dipolos permanentes. Em 
seguida, dê um exemplo de cada. 
 
Material de Produção Industrial 
 
54 
 
 
 
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2 Classificação dos Materiais e suas Estruturas 
 
Material de Produção Industrial 
 
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Nesta Unidade, aprenderemos sobre as diferentes classificações dos materiais, 
suas propriedades e aplicações na Engenharia, além de suas estruturas. 
 
Objetivos da unidade: 
 Conhecer as diferentes classificações dos materiais e suas principais 
características. 
 Entender as propriedades e as aplicações dos materiais na 
Engenharia, considerando as questões de sustentabilidade e 
engenharia verde. 
 Aprender as estruturas dos materiais, seus arranjos e estruturas 
cristalinas. 
 
Plano da unidade: 
 Classificação dos materiais. 
 Propriedades dos materiais e sua aplicação na Engenharia. 
 Estrutura dos materiais. 
 
 
Bons estudos! 
 
Material de Produção Industrial 
 
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 Classificação dos materiais 
Os materiais sólidos empregados na engenharia podem ser classificados em 
três categorias básicas principais: materiais metálicos, materiais poliméricos e 
materiais cerâmicos. Essa classificação está baseada principalmente na estrutura 
atômica e na composição química dos materiais. Adicionalmente, temos os 
materiais compósitos, que são combinações “engenheiradas” (ou o 
processamento) de dois ou mais materiais diferentes (são combinações 
estratégicas de até três categorias básicas de materiais para o aproveitamento 
racional das propriedades individuais de cada categoria básica). Ao considerarmos 
as aplicações dos materiais na engenharia, podemos incluir mais duas categorias 
adicionais, que são os materiais semicondutores e biomateriais. Cada uma 
dessas categorias é explicada a seguir: 
Materiais Metálicos: 
Os materiais metálicos são substâncias inorgânicas compostas geralmente de 
um ou mais elementos metálicos (pode também conter alguns elementos não 
metálicos). Alguns exemplos de elementos metálicos são o ferro, alumínio, cobre, 
titânio, ouro e níquel e de elementos não metálicos são carbono, nitrogênio e 
oxigênio (em quantidades relativamente pequenas). Os átomos nos metais e nas 
suas ligas estão arranjados de uma maneira muito ordenada, denominada 
“estrutura cristalina”. 
Segundo CALLISTER JR. et al (2018) quanto às características mecânicas, os 
materiais metálicos são relativamente rígidos e resistentes, e ainda assim são 
dúcteis (isto é, são capazes de se deformar intensamente sem sofrer fratura), e 
resistentes à fratura (por isso são amplamente utilizados em aplicações estruturais). 
Além disso, os materiais metálicos possuem grande número de elétrons livres 
(esses elétrons não estão ligados a qualquer átomo em particular). Muitas das 
propriedades dos metais podem ser atribuídas diretamente a esses elétrons livres