RESUMO: LIGAÇÕES METÁLICAS E ESTRUTURA ELETRÔNICA DE SÓLIDOS

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▪ O que os metais tem em comum, 
além da sua beleza? 
O comum entre eles é o brilho 
característico, e é isso que denuncia o fato de que 
os elétrons de valência estão presos fracamente 
aos núcleos presentes nesses materiais. 
Então, o brilho é resultado da energia 
fornecida em forma de luz para os elétrons de 
valência que a absorvem e são excitados a um nível 
de energia mais e quando retornam ao seu estado 
fundamental emitem essa luz. 
Além disso, eles também possuem 
características elétricas ou eletrônicas, uma vez 
que os metais são altamente condutores. 
 Embora entre eles exista diferenças 
grandes de condutividade, em virtude dos elétrons 
presentes nos orbitais d (por serem mais afastados 
do núcleo possuem menores interações elétron-
núcleo, devido à distância entre eles). 
 No entanto, a presença desses elétrons nos 
orbitais d, possuem maiores interações com os 
átomos ao seu redor na ligação metálica, sendo 
eles do mesmo elemento ou não, podendo compor 
a corrente elétrica se esse material for submetido a 
uma diferença de potencial. 
Se esses elétrons d fazem parte da ligação, 
ainda que indiretamente, a população desses 
estados influencia alguma característica dos 
materiais metálicos, seja ela em função da 
quantidade de elétrons presentes nessa ligação. Se 
conseguirmos achar a força de interação entre os 
átomos que participam dessa ligaçãol, pode-se 
correlacionar essa grandeza experimental com a 
diferença no número de elétrons presentes nos 
orbitais d. 
 Uma forma direta de se ver a força de 
interação entre átomos em um dado retículo 
cristalino metálico é a partir dos pontos de fusão 
dos átomos envolvidos. A figura abaixo trás alguns 
exemplos: 
 
Observando a figura, nota-se que o ponto 
máximo do gráfico equivale à configuração 
intermediária do preenchimento dos orbitais d, na 
qual se tem 5 elétrons. 
Como o ponto de fusão representa a força 
de interações entre os átomos, espera-se um 
aumento linear do escândio metálico (Sc) até o 
cobre metálico (Cu), no entanto, tem-se um outro 
efeito. POR QUE ISSO OCORRE? 
Com o aumento da carga nuclear, mais 
próximo estão os elétrons e assim menor é a 
participação desses na ligação, isso explica a 
diminuição do ponto de fusão e consequente 
diminuição dos efeitos dos elétrons nos orbitais d. 
E isso se repete para os outros períodos da tabela 
periódica. 
 TEORIA DAS BANDAS 
Utilizando a teoria dos orbitais moleculares, 
estudaremos como os elétrons estão em um sólido 
metálico. 
Usando como exemplo o átomo de sódio 
(Na), tendo como configuração eletrônica 3s1, de 
acordo com o diagrama de Pauling. Esse elétron de 
valência, do ponto de vista energético, possui uma 
energia específica. 
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Com a aproximação de mais um átomo de 
Na, há a formação de dois estados de energia, os 
elétrons interagem entre si, gerando orbitais 
moleculares, um de menor energia (ligante) e 
outro de maior energia (anti-ligante). 
 
Ao aproximarmos mais um átomo de Na, 
haverá interação com esse terceiro átomo. A 
interação do terceiro elétron com o par ligante do 
Na2 irá gerar um par ligante e anti-ligante. 
 À medida que se aumenta o número de 
átomos, maior será o úmero de orbitais 
moleculares, no entanto, a distância entre os 
orbitais ligantes e anti-ligantes vai diminuindo, de 
forma que quando todos os elétrons do sódio 
estiverem acomodados, os estados de energia 
terão valores tão próximos que parecerá que se 
tem um contínuo de energia. E a diferença entre 
dois estados quaisquer será mínima. Com isso, a 
energia necessária para que o elétron salte de um 
estado de energia para outro de energia mais 
elevado éserá muito pequena. 
 A região de alta densidade de elétrons, em 
vermelho, na figura, representada por estados de 
energias ocupados recebe o nome de banda de 
valência. Nessa região tem-se os elétrons em seu 
estado fundamental, e trata-se do local onde os 
elétrons ocupam quando não excitados, servindo 
ainda para as ligações atômicas no sólido. 
 
 BANDAS DE CONDUÇÃO 
Existem também as bandas de condução, que 
são as bandas povoadas pelos estados de energia 
desocupados, onde os elétrons estão livres. 
Quando há elétrons nessas bandas, a interação 
com o núcleo de carga oposta, sendo mais livre 
para responder a um campo elétrico externo, 
sendo assim responsáveis pela condutividade 
elétrica do 
material. 
 
 Quando se tem um aumento no número de 
elétrons de valência, a condução ainda ocorre. 
Pegando como exemplo o magnésio que 
tem distribuição eletrônica de 3s2, apesar do 
mesmo possuir orbital s completo, é altamente 
condutor, e isso é explicado pelo fato de que a 
banda de estados formada pelos estados atômicos 
3s, ocorre de maneira a se fundir no sólido com 
uma banda vazia do átomo, que passa a estar 
parcialmente preenchida, que são os estados 3p, 
assim o elétron da banda de valência pode ser 
excitado para uma banda de condução, sendo 
possível a condução elétrica. A figura abaixo ilustre 
essa fato. 
 
 
 Quando os átomos são aproximados para a 
formação de um cristal, há a diminuição da 
distância interatômica, até se ter o que se chama 
de distância de equilíbrio (r0), nessa distância os 
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estados 3s que antes eram discretos, formados 
apenas por uma energia, por motivos de interações 
entre os átomos passam a assumir outros valores 
de energia até ocorrer à interpolação de bandas 
entre o orbital 3s e o 3p, como mostra a figura. 
 
 
▪ E como se explica a condutividade do 
grafite? 
 O grafite possui carbonos hibridizados sp2, 
tendo assim um elétron em cada um dos orbitais 
chamados pz, que são essencialmente puros, de 
forma que esses orbitais contribuirão para o 
sistema do grafite, favorecendo interações fracas 
no eixo z entre as lamelas hexagonais, havendo 
formações de interações pi entre orbitais pz, 
gerando uma infinidade de estados eletrônicos 
cuja energias são muito próximas entre si, de modo 
que para que os elétrons sejam excitado a energia 
necessária é bem baixa. 
 Então o sólido gera uma banda de estado 
parcialmente preenchida, e isso está 
correlacionado com a condutividade do grafite, 
que é ordens de grandeza mais alta que a do 
diamante. 
 No diamante, o carbono faz ligações do 
tipo sp3 (tetraédrico) saturadas. Cada estado é 
preenchido com 2 elétrons, então teremos um 
estado totalmente preenchido formado por 
orbitais sigma sp3, onde os estados mais próximos 
de energia dessa banda de valência são os orbitais 
antiligante carbono-carbono com energia muito 
mais alta, sendo muito mais difícil o acesso do 
elétron. Como mostra a figura. 
 
 Ao descer nos períodos da tabela periódica, 
pela família do carbono, pegando o silício como 
exemplo, o mesmo possui configuração de 
distribuição 3sp3, havendo uma banda de valência 
completa de elétrons e uma banda de condução 
formada por orbitais antiligantes entre os átomos 
de silício. Como o Si tem 3 elétrons em sua camada 
de valência, a distância entre as bandas de 
condução e de valência diminui, quando 
comparada a do carbono, essa distância (diferença) 
é também conhecida como bandgap. 
O bandgap do Silício é de 1,23eV 
correspondendo a radiação no infrvermelho. 
Quando se tem um sólido de silício, há um 
aumento bastante visível de sua condutividade. Se 
o bandgap varia de 1 a 3eV tem-se um material 
semicondutor, quando varia entre 5 ou mais, como 
no caso do diamante, material é tido como 
isolante. 
A única maneira de tornar um material 
isolante em condutor é com o aquecimento do 
material em altas temperaturas ou então com uso 
de radiações mais alta. Já nos metais quando em 
temperatura ambiente já se tem elétrons na banda 
de condução isso devido a menor diferença entre 
as bandas de condução e valência. 
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 DENSIDADE DE ESTADOS 
Outra forma de representar a teoria de 
bandas é pela representaçãográfica onde no eixo y 
tem-se a energia e no eixo x o que se chama de 
densidade de estados ou densidade de energia, 
que se refere à quantidade de estados presentes a 
cada valor de energia. 
 
 É preciso lançar mão de modelos que 
represente a nossa realidade e que também tenha 
de alguma forma uma resolução matemática. 
Usaremos o modelo da partícula na caixa 
tridimensional. 
Nessa resolução temos um elétron que será 
descrito por uma função de onda dependente das 
dimensões x, y, z em que a energia desta será 
calculada a partir da equação de Schordinger, de 
modo que essa partícula não estará livre por todo 
espaço, estará presa em certo conjunto de pontos 
definido por distancias nanométricas. 
O potencial sentido por essa partícula 
nessas distâncias será tão alto que a mesma será 
obrigada a voltar para o intervalo determinado. A 
energia será assim uma constante dependente da 
relação das dimensões na caixa e de números 
inteiros diferentes de zero que representarão as 
diferentes energias desse sistema. 
 Essa equação da partícula nos diz que a 
energia desse elétron está livre para movimentar-
se dentro da dimensão cúbica da caixa 
(L=Lx=Ly=Lz), isso representa o metal que possui 
elétrons de valência livre. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 A partir da equação plota-se um gráfico de 
energia em função de k sobre N(E) – densidade de 
estados, ou seja, a quantidade de estados 
presentes em cada energia. 
 No estado fundamental, n ≠ 0 (define-se em 
alguma dimensão a posição do elétron, explodindo 
sua energia), assumindo n mínimo igual a 1 
(nx=ny=nz=1) E(k)=3. O segundo estado quântico 
seria 2,1,1 ou 1,2,1 ou 1,1,2 sendo E(k)=6. O 
terceiro 2,2,1 ou 1,2,2 ou 2,1,2 com E(k)=8... 
Ao observar tais escalas de energia, à 
medida que se aumenta o valor de n, se tem um 
numero maior de estados de mesma energia, os 
chamados estados degenerados. 
 
 A figura acima mostra a representação 
eletrônica de um metal, um semimetal e de um 
isolante/semicondutor. 
 Nos metais, uma banda é 
parcialmente preenchida (em azul escuro: no 
máximo 2 elétrons). Sendo bastante condutor. 
 Nos semimetais, tem-se uma banda 
completamente preenchida e uma outra vazia bem 
próxima, com essa distância quase nula, temos 
então uma alta condutividade, não como o metal. 
 Nos isolantes/semicondutores: 
apresentam um intervalo onde é proibido que 
tenha intervalos eletrônicos, sendo assim 
necessário a promoção dos elétrons por meio de 
uma excitação, onde quando excitado pode 
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responder a um campo elétrico externo, ocorrendo 
uma condutividade bastante limitada, mas não tão 
pequena como se fosse um isolante. 
 
 
 CONDUTVIDADE EM ÓXIDOS 
METÁLICOS (DE TRANSIÇÃO) 
Agora se pode pensar que materiais 
condutores são metais puros ou ligas metálicas. Se 
nesse sistema estiver presente um material não 
metal, o mesmo perderá sua condutividade, o que 
não é verdade. 
Olhando para a série de monóxidos 
metálicos, do tipo MeO (Me=Sc até Cu) observa-se 
uma diminuição drástica na condutividade, de 
modo que, os óxidos de vanádio e titânio são 
condutores (quase metálicos mesmo contendo 
oxigênio), enquanto que os óxidos de níquel e 
cobre são, respectivamente, semicondutor de 
banda larga e isolante. Por que isso ocorre? 
Em relação ao óxido de titânio, segundo a 
sua rede cristalina, nas posições octaédricas, como 
mostra a figura abaixo, cada átomo de titânio está 
distante entre si por uma ligação ou duas, de 
titânio-oxigênio. Apesar de o titânio ter carga 
nuclear relativamente baixa, tem-se estados de 
mais difusos, menos intensamente conectados ao 
núcleo, fazendo com fazendo com que esses 
estados d, mesmo que distantes, interajam entre si 
formando uma banda parcialmente preenchida, 
sendo esses condutivos. 
 Olhando agora para o níquel, por ele 
possuir carga nuclear maior, seu núcleo é mais 
efetivo com os estados d, de forma que as 
interações entre esses orbitais não conseguem 
vencer a distância entre as ligações Ni-O-Ni,sendo 
assim mais semicondutor/isolante. 
 Sendo assim, os óxidos, dependendo da sua 
estequiometria ainda interagem entre os metais, 
configurando ao material um caráter condutor. 
 Além desses, existe outra classe de 
materiais, os espinérios, onde se tem elementos 
representativos, como a magnetita Fe3O4, que 
possui retículo cristalino cúbico de face centrada, 
tendo sítios octaédricos e tetraédricos. Nos sítios 
tetraédricos temos os elementos Fe3+ mais, e já nos 
sítios octaédricos são parcialmente ocupados por 
íons de Fe2+ e Fe3+. O fato de se ter Fe3+ tanto nos 
sítios octaédricos como nos tetraédricos tem haver 
com a energia de estabilização de campo ligante 
para esse íon é nula, então tanto faz estar em 
qualquer um dos dois ambientes, se há uma 
situação de campo fraco imposto pela rede de 
oxigênio. 
 Esse tipo de material é semimetalico, com 
uma condutividade bastante elevada, explicada 
pela transferência de cargas entre os íons Fe2+ e 
Fe3+ se encontram em octaédricos vizinhos entre si. 
 No caso do óxido de manganês (Mn3O4), 
apesar de a estequiometria ser aproximada, 
distância entre os octaédros já não é apropriada, 
sendo muito longa, de forma que, a transição Mg2+ 
e Mg3+ não é tão eficiente, sendo assim, isolante. 
 
 DOPAGEM DE SEMICONDUTORES 
A dopagem evolve a implantação de uma 
concentração muito baixa de impurezas de 
maneira tal que se consiga certas características do 
material, nesse casão, características de 
condutividade elétrica. 
 
▪ Dopagem tipo n 
Considerando o retículo cristalino do Si ultra 
puro, se tem pares eletrônicos servindo de ligações 
Si-Si, como já vimos, isso faz com que o material 
tenha uma banda de condução e uma de valência. 
Quando se escolhe implantar átomos nesse 
reticulo em uma concentração tal e de forma tal, 
que na aja distorção muito grande nesse reticulo e, 
portanto não aja formação de uma segunda fase. 
Essa dopagem pode ser feito com um 
elemento que tenha um elétron a mais, 
permanecendo com a neutralidade da estrutura, 
estando esse elétron desobrigado de servir a 
ligações químicas. Quando essa dopagem é feito 
com a inserção de carga negativa no material 
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semicondutor, ela é tida como uma dopagem do 
tipo “n” (negativa) é preciso olhar para o tamanho 
do átomo de entrada devido à menor solubilidade 
dessa matriz associada a átomos maiores que o Si, 
de forma que se procura inserir átomos de 
tamanho parecido. A vantagem de átomos maiores 
é que elétron se encontra muito mais livre. 
Ao inserir esse átomo na matriz, inaugura-
se o estado eletrônico intermediário entre a banda 
de valência e a banda de condução, esse estado 
tem energia muito elevada. Os elétrons aqui 
inseridos são facilmente excitados à banda de 
condução, aumentando a condutividade, sendo 
esses responsáveis. 
 
 Dopagem tipo p 
Ocorre de forma contrária a dopagem tipo n, 
dopa-se o material localizado a esquerda do grupo 
ao qual pertence a matriz semicondutora, no caso 
do silício, boro, alumínio, índio ou gálio. 
Então, ao inserir o elemento neutro, ele 
contribui apenas com 3 dos quatro elétrons que o 
Si contribui, formando o que se chama de lacunas 
eletrônica, onde há falta de elétron. Esse conjunto 
de lacunas inseridas pelo elemento dopante 
inaugura um estado eletrônico intermediário entre 
as duas bandas, de condução e valência. Esse 
estado se aproxima da banda de valência, de modo 
que, a temperatura ambiente pode-se se ter um 
aumento de elétrons localizados nessa banda 
intermediária e essas lacunas serão responsáveis 
pela condutividade elétrica. 
Do ponto de vista mecânistico, imaginase essa 
lacuna como sendo uma “batata quente”, ela é 
responsável por conduzir o elétron, havendo uma 
migração dessas no retículo cristalino quando 
exposto a um campo elétrico 
 
 Condições 
Vimosentão que em termos da matriz de 
silício, não se considera elementos longe, mas sim, 
os vizinhos próximos do Si com pelo menos +/- 1 
elétron de valência a mais que o semicondutor 
hospedeiro, no intuito de manter o máximo de 
grau de covalência e ser inseridos, 
substancialmente, no retículo. 
Se usarmos uma situação muito distante do 
hospedeiro, a diferença brusca da valência causa 
uma diminuição da solubilidade da matriz, 
podendo formar também nanos cristais de outra 
fase, o que não é interessante. 
Os elementos que serão inseridos devem 
estar presentes em baixas concentrações, 
formando níveis discretos de energia. Do contrário, 
ode ocorrer formação de outras fases e bandas 
com retenção de elétrons nela. Além de poder 
modificar a estrutura do semicondutor. 
 
 SUPERCONDUTVIDADE 
Todo o material que possui elétrons 
desemparelhados terá alguma capacidade de 
absorver as linhas do campo magnético. Como 
exemplos, tem-se o ferro, o cobalto e o níquel, 
uma vez que esses elementos possuem, 
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individualmente, elétrons desemparelhados em 
grande quantidade, e excluir isso faz com que a 
linha magnética do seu interior seja mais densa do 
que a linha de campo magnético externo, 
respondendo, dessa forma de maneira mais forte 
ao campo magnético externo. 
No caso dos materiais supercondutores, 
devido a algumas características estruturais, eles 
não permitem a interação com o campo 
magnético, e isso faz com que haja repulsões entre 
a superfície supercondutora resfriada e o gerador 
de linhas de campo magnético (imã) e dessa 
maneira, o material levita. 
Com base nessa levitação, em alguns países 
há uma tecnologia de ultra alta velocidade e nesse 
sentido, tem-se uma estrutura extremamente 
pesada que levita sobre os trilhos pode 
desenvolver altas velocidades sem consumir um 
absurdo de energia ou de combustível. 
Esses tipos de materiais surgiram de um 
projeto que deu errado. O físico holandês 
desenvolveu um refrigerador que poderia abaixar a 
temperatura de substâncias a valores bem baixos, 
próximo as que existem no espaço sideral, 
aproximadamente igual a 4K (perto ao zero 
absoluto), e buscou demonstrar o congelamento 
dos elétrons em um dado condutor eletrônico, 
como um metal, utilizando baixas temperaturas. 
Assim, ele estudou a condutividade elétrica de 
amostras de mercúrio purificadas e temperaturas 
bem baixas, e percebeu que congelando 
movimento eletrônico poderia observar, 
macroscopicamente, o aumento da resistividade 
desse condutor, ou seja, a diminuição da 
condutividade. No entanto, não foi isso que 
aconteceu, a resistividade diminuía em baixas 
temperaturas, até zero e dessa descoberta surgiu 
os supercondutores. 
Algum tempo depois, esse fenômeno não era 
tão incomum, sendo possível para diversos 
materiais da tabela periódica, não somente metais, 
mas também elementos não metálicos ou 
semimetálicos, em diferentes condições 
experimentais. 
 A TEORIA BCS 
A condutividade dos metais aumenta 
gradualmente à medida que a temperatura 
diminui, com exceção de alguns materiais 
conhecidos como supercondutores, nos quais há 
uma diminuição de resistividade tendendo à zero 
em uma determinada temperatura crítica TC. 
 Os supercondutores (explicados pela teoria 
BCS) não permitem interação com o campo 
magnético. A diminuição da temperatura diminui a 
resistência, aumentando a condutividade. 
Três físicos deram origem a teoria BCS 
(Bardeen Copper Schrieffer) que, conceitualmente, 
trás a ideia do porquê em baixas temperaturas 
alguns materiais são supercondutores. 
Primeiramente, quando se tem um metal, os 
átomos, essencialmente, possuem uma carga 
parcial positiva porque os elétrons de valência, os 
átomos que formam a rede cristalina estão livres 
para responder ao campo elétrico externo. Quando 
se aplica um potencial, de forma a se ter um pólo 
negativo, provoca-se movimento de um dado 
elétron (da esquerda para a direita ), em 
temperaturas ambientes, normalmente, esse 
elétron choca-se com uma grande quantidade de 
átomos, uma vez que esses átomos possuem um 
desvio acentuado da sua posição, devido à 
vibração existente nos mesmos, aumentando assim 
a frequência de choques átomo-elétron. 
Em temperaturas baixas, essa vibração dos 
átomos se dá numa amplitude bem menor, o 
movimento atômico fica, essencialmente, 
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congelado ou retardado, de forma que quando o 
elétron passa por perto provoca um carregamento 
negativo da região atingindo os átomos ao redor 
que sofrem um movimento retardado de tal forma 
que eles tentam se aproximar da região central por 
onde o elétron passou. Então, ao passar, o elétron 
provoca uma distorção local (indicado na figura). 
Essa distorção faz com que a carga positiva 
naquele ponto seja um pouco mais elevada e ele 
atrairá, automaticamente, outros elétrons que se 
encontram mais atrás que se beneficiam dessa 
carga positiva local que se forma a sua frente. 
Com o tempo não só ligas metálicas 
apresentariam uma supercondutividade, os 
materiais cerâmicos também podem ter essa 
característica. Nas cerâmicas, os metais possuem 
cargas formais positivas, na forma iônica. A 
descoberta dessa supercondutividade nas 
cerâmicas foi bastante importante, porque à 
medida que as ligas metálicas apresentam 
supercondutividades em temperaturas não muito 
realísticas, ou seja, difícil de atingir, as cerâmicas, 
por outro lado, alcançam essa supercondutividade 
em temperaturas muito mais altas (na ordem do 
nitrogênio líquido) e mais reais e possíveis. 
 
 MATERIAIS CERÂMICOS 
A dupla de cientistas que descobriram os 
materiais cerâmicos fez um experimento com 
nitratos desses metais (cobre, bário e ítrio), 
misturaram e colocaram em uma mufla para 
aquecer com temperatura controlada. As 
cerâmicas obtidas, eles mediram sua resistência 
em função da temperatura e perceberam que a 
supercondutividade se dava em temperaturas 
muito elevadas, menos negativas, daquelas obtidas 
com os metais. 
Do ponto de vista química, as cerâmicas 
possuem estrutura bastante interessante. Todas 
elas apresentam cobre, sendo assim, cupratos de 
outros metais, geralmente metais volumosos ou 
pesados associados com íons de cobre. 
 
 
É uma estrutura do tipo perovskita, onde se 
tem nos sítios volumosos “a” cátions e nos sítios 
“b” tem-se íons de cobre. No caso dos íons de 
cobre, dependendo da configuração eletrônica 
associada a ele, ocorre a possibilidade de não se 
ter, simplesmente, octaedros, mas sim, por efeito 
Jahn Teller, há distorções dessa simetria em torno 
do cobre, havendo a formação de pirâmides de 
base quadrada ou também quadrado planar. 
Para se obter um material supercondutor 
pode se ter mais de dois cátions presentes na 
estrutura desses materiais. 
Nas cerâmicas, tem-se três estados de 
oxidação associados ao cobre, conforme mostra a 
figura. 
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 Nessas cerâmicas, a supercondutividade é 
explicada através do mecanismo de salto 
eletrônico entre os íons de cobre (fenômeno de 
condutividade) que é facilitado, isso em virtude, do 
que se conhece como mecanismo de 
supercondução, onde há a condução de elétrons 
pelas vacâncias do Cu3+, de forma que o Cu2+ cede 
elétrons para o Cu3+ virando Cu3+, esse Cu3+ 
formado recebe elétrons de outro Cu2+ e assim por 
diante. A figura abaixo ilustra isso. 
 
 VIDROS E CERÂMICAS 
VIDROS: Materiais amorfos, que não 
possuem ordenamento atômico regular, como os 
óxidos, metais e materiais orgânicos. 
CERÂMICAS: Materiais cristalinos, como os 
óxidos metálicos. 
VITROCERÂMICAS: Materiais preparados 
pelo mesmo mecanismo que os vidros, mas que 
possuem centros cristalinos. Ex: fibras óticas. Para 
saber se um material é vítreo, basta realizar 
técnicas de caracterização para validação das fases 
cristalinas e vítreas (difração de raios-X). 
 Sílicas 
Os materiais contendo sílica,sem os centros 
metálicos, se resfriados, de forma lenta, havendo 
assim tempo para que ocorra a formação do 
ordenamento cristalino, dando lugar à ocorrência 
de outra fase cristalina. Podendo esse resultado ser 
visto, microscopicamente, segundo a figura abaixo. 
 
 Aluminas 
As aluminas abre uma gama, bastante 
grande, de materiais cerâmicos de importâncias 
tecnológicas grandes. Esse tipo de material é 
formado por octaedros de AlO6 e esses possuem 
um arranjo que parte deles são conectados entre si 
por faces triangulares, formando uma lamela 
hexagonal, e outra parte conectam-se apenas pelos 
lados, sendo distorcidos onde o Al está inserido. 
 Aluminossilicatos 
 É a classe de maior abundância na crosta 
terrestre. Esses materiais são derivados da inclusão 
de íons Al3+ no retículo cúbico formado por íons O2- 
na sílica cristalina. 
 Como o alumínio apresenta em sua camada 
de valência 3 elétrons e o silício 4 elétrons, há a 
necessidade de se compensar a carga formal 
negativa da estrutura com cátions adicionais, 
chamados, cátions de compensação, normalmente 
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íons metálicos dispostos entre as lamelas de 
SiO4.AlO6. 
 Por conta disso, os alumnossilicatos 
apresentam grande diversidade estrutural. 
 
 ZEÓLITAS 
 É uma classe de aluminossilicatos, que 
surgiu da descoberta de um mineralogista que 
observou que essas pedras ferviam quando eram 
aquecidas, termo então derivado do grego, que 
significa: pedra que ferve. E isso ocorre, devido a 
presença de poros em sua estrutura, adsorvendo 
grande quantidade de água. 
 Esse tipo de material é formado por uma 
rede tridimensional de redes tetragonais 
conectadas pelos vértices de íons O2- . 
 
 As características presentes nos 
aluminossilicatos e, consequentemente, nas 
zeólitas, de substituição isomórfica entre Si e Al, as 
tornam materiais de elevada acidez, possuindo 
grande capacidade de captar pares eletrônicos de 
bases e também de ceder prótons (ácido/base de 
Lewis e Browsted). 
 Além disso, as zeólitas possuem sistema de 
poros bem definidos e repetitivos, ou seja, 
regulares. Então de acordo com a estrutura própria 
cada um desses materiais, tem-se canais de 
simetria e dimensões diferentes. E esses canais de 
poros, permite que esses materiais tenham 
características intrínsecas, podendo ser usadas em 
uma vasta gama de processos industriais, como na 
catálise e adsorção. 
 
 VIDROS 
 Os vidros, como já mencionado, são 
amorfos, compostos, essencialmente, por retículos 
não ordenados de unidade óxido de silício (SiO4 
2-). 
 A fabricação desses materiais é feita em 
algumas etapas, primeiramente, realiza-se uma 
liquefação da fonte de silício, sendo essa, 
normalmente a areia purificada, seguida do 
processo de laminação. 
 Por função, alguns materiais, controlam o 
tamanho das cadeias formadas por octaedros de 
SiO4, de modo a facilitar o processo de modificação 
da forma dos vidros, sendo esses os chamados 
modificadores, por exemplo, no intuito de se 
formar vidro plano, o mesmo é passado por 
processos de laminação realizado quando o 
material se encontra em seu ponto de transição 
vítrea, onde se tem o vidro que não é líquido o 
bastante para reter sua forma laminar, mas 
também não é sólido bastante para impedir seu 
processo de laminação. 
 Os modificadores de rede são metais 
alcalinos que promovem a formação das ligações 
das ligações Si-O-Me (Me = metais alcalinos), o que 
resulta em cadeias de SiO4 menores, resultando em 
materiais mais maleáveis, e portanto de mais fácil 
laminação. 
 Contrários aos materiais modificadores 
existem aqueles, chamados formadores de rede, 
que aumentam a resistência mecânica dos vidros, 
aumentando assim o grau de ramificação dos 
mesmos, formando poliedros de SiOx. 
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 Além desses dois tipos, existem ouros 
adtivos que podem ser adicionados ao vidro. 
 
 VIDRO TEMPERADO 
 Nos vidros tem-se, então, basicamente, 
uma estrutura tridimensional amorfa de tetraedros 
de SiO4 e nos seus interstícios existem íons 
metálicos que acabam neutralizando a carga do 
material. Esses íons podem sofrer transformações, 
onde dependendo, dessa transformação há um 
aumento da modificação estrutural do vidro. 
 No caso dos vidros temperados, um dos 
processos é pegar o vidro já laminado e mergulha-
lo em solução contendo sal de potássio fundido, 
podendo ocorrer à troca iônica na superfície (casca 
restrita externa), de modo que íons, inicialmente, 
presentes no vidro podem sair do mesmo. 
 Essa modificação locas desse vidro com os 
íons volumosos de potássio faz com que a 
estrutura do vidro seja mais rígida na superfície. E 
por que é preciso aumentar essa rigidez na 
superfície? 
 Quando um determinado vidro é submetido 
a uma tensão (uma batida de martelo, por 
exemplo), inicialmente, as duas partes afetas serão 
as cascas internas e externas do vidro, até que ele 
quebre. Na interna, há compressão. Na externa, há 
distensão. Quando se modifica, então, a 
superficialmente a casca externa do vidro, obtendo 
assim, um material mais duro, há a minimização 
dessa compressão ou distorção do vidro, levando a 
formação de um material mais resistente do que 
um vidro não temperado.