Materiais de Engenharia
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42 CAPÍTULO 2

A partir da diferença de massa mencionada acima, pode-se calcular a
energia de ligação por núcleon.

Existem vários modelos propostos para explicar a estabilidade do nú-
cleo e a natureza das forças nucleares. Um destes modelos foi proposto por
Bohr em 1936 e estabelece a analogia entre o núcleo dos átomos e uma gota
de líquido (modelo da “gota líquida”). Segundo este modelo, os núcleons
seriam mantidos unidos por uma espécie de tensão superficial.

Atualmente, são conhecidas mais de 200 partículas elementares. Uma
delas, os píons, foi descoberta pelo físico brasileiro Cesar Lattes.

A tabela periódica

Dimitri Ivanovich Mendeleyev (1834-1907) criou a tabela periódica dos
elementos em 1 de março de 1869, aliás, em São Petersburgo (Leningrado),
que utilizava o calendário Juliano, já era 17 de fevereiro de 1869.

Naquela época, eram conhecidos apenas 63 elementos. Hoje são conhe-
cidos 107 elementos, sendo 92 naturais. Ele preparou 63 cartões, um para
cada elemento, nos quais ele colocou as propriedades físicas e químicas que
ele julgou mais importantes. Depois de muito experimentar, ele conseguiu
ordenar os cartões de acordo com as massas atômicas dos elementos e no
arranjo obtido os elementos das colunas e linhas apresentavam suas proprie-
dades ordenadas de maneira lógica. Hoje se sabe que as propriedades dos
elementos são funções periódicas de seus números atômicos.

A grande contribuição da tabela periódica de Mendeleyev para a quími-
ca foi a sua habilidade em prever a posição de elementos desconhecidos, para
os quais ele deixou posições vagas na sua tabela.

Em 1864, John Newlands também já tinha mostrado a periodicidade
dos elementos, mas seu artigo foi recusado pela “London Chemical Society”.
Um dos membros dessa sociedade científica chegou afirmar que a ordem
alfabética era mais lógica que a tabela proposta por Newlands.

Para convencer o mundo científico do valor da sua tabela, Mendeleyev
previu teoricamente as propriedades de elementos desconhecidos, interpolan-
do os valores das propriedades dos 4 vizinhos da lacuna. As suas previsões
foram sendo confirmadas e a tabela adquiriu rapidamente grande respeitabili-
dade.

Com o auxílio da tabela periódica, o estudo da química torna-se muito
mais sistemático. A organização da tabela periódica está relacionada com a

O ÁTOMO 43

configuração eletrônica dos átomos. Cada período, ou linha horizontal, co-
meça com um elemento que tem um elétron de valência do tipo s. Os elemen-
tos na tabela são colocados em ordem de seus números atômicos, formando
colunas sucessivas, ou famílias, ou ainda grupos baseados em configurações
eletrônicas com um “miolo” completo seguido de orbitais s, p, d e f com
vários graus de ocupação, conforme ilustra a figura 2.6.

Exercícios

1. Segundo a teoria atômica de Dalton, os átomos de um determinado ele-
mento são idênticos em massa e tamanho. Critique esta afirmação.
2. Por que uma lâmpada emite luz quando acesa ?
3. É possível identificar um elemento químico por meio da tonalidade (com-
primento de onda) da luz emitida após aquecimento. Justifique.
4. Por que os filamentos de lâmpada são feitos geralmente de tungstênio?

Figura 2.6 — Tabela periódica dos elementos, mostrando a presença dos
metais, dos metais de transição, dos elementos não metálicos e suas

respectivas distribuições eletrônicas (segundo R.A.Higgins).

44 CAPÍTULO 2

5. Um alvo metálico quando bombardeado com elétrons de alta energia (ou
velocidade) emite raios x. Justifique.
6. É possível identificar um elemento químico por meio do comprimento de
onda dos raios x emitidos por um material quando bombardeado com elé-
trons. Justifique.
7. Consulte seus livros de química e explique o princípio da exclusão de
Pauli.
8. Considere os átomos com números atômicos 4, 12, 20 e 38. A qual família
eles pertencem?
9. Pela posição ocupada na tabela periódica, coloque os elementos puros
nióbio, tântalo, tungstênio e vanádio em ordem crescente de densidade e de
ponto de fusão.
10. Explique o que é enriquecimento de urânio (tecnologia nuclear).

Bibliografia consultada

PADRE LEONEL FRANÇA; S.J. Noções de história da filosofia, 24a Edição, Edito-
ra Agir, Rio de Janeiro, 1990.

ANDRÉS RODRIGUES F. (Editor); Usos pacíficos da energia atômica, Instituto de
Energia Atômica, São Paulo, 1967.

BRUCE M. MAHAN e ROLLIE J. MYERS; Química: Um curso universitário,
4ª_Edição, Editora Edgard Blücher Ltda, São Paulo, 1993.

JOHN EMSLEY; Mendeleyev’s dream table, New Scientist, pag. 32-36, 7 March,
1985.

RAYMOND A. HIGGINS; Propriedades e estruturas dos materiais em engenharia,
DIFEL, São Paulo, 1982.

ERNEST W. HAMBURGER; O que é física, 6ª Edição, Brasiliense, São Paulo,
1992.

O ÁTOMO 45

As Ligações Atômicas

Introdução histórica

Os átomos raramente podem ser encontrados isoladamente. As ligações
químicas unem os átomos, porém nem todos os átomos conseguem formar
ligações. Dois átomos de um gás nobre (grupo O ou 18 ou ainda 8A da tabela
periódica) exercem entre si uma atração mútua tão fraca que não conseguem
formar uma molécula. Por outro lado, a maioria dos átomos forma ligações
fortes com átomos da própria espécie e com outros tipos de átomos.

Historicamente, a propriedade dos átomos de formar ligações foi des-
crita como sendo a sua valência. Este conceito é pouco utilizado atualmente.
Hoje ele é mais utilizado como adjetivo, por exemplo, elétron de valência ou
camada de valência.

Quando o conceito de valência foi introduzido não se tinha o conhecimen-
to de elétrons, prótons e nêutrons. O descobrimento do elétron em 1897, possibi-
litou o desenvolvimento das teorias de valência e das ligações químicas.

No início deste século, embora a química estivesse relativamente bem
desenvolvida e várias dezenas de elementos químicos fossem conhecidos, os
livros de química não tratavam das ligações químicas, ou seja, elas não
tinham sido ainda propostas, embora o conceito de valência tivesse sido
introduzido em 1857 pelo químico alemão Friedrich August Kekulé von Stra-
donitz (1829-1896).

Em 1901-1902, o químico norte-americano Gilbert Newton Lewis
(1875-1946) tentou explicar a tabela periódica em termos de distribuição
eletrônica. O primeiro artigo que Lewis escreveu, onde representou os elé-
trons por pontos, formando diagramas estruturais, foi publicado em 1916. O
conhecimento mais detalhado da distribuição dos elétrons nos átomos só
estaria disponível dez anos mais tarde, com o desenvolvimento da mecânica
quântica.

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47

Os tipos de ligações

As ligações interatômicas podem ser classificadas quanto à suas intensi-
dades em ligações primárias ou fortes e ligações secundárias ou fracas.

As ligações primárias são cerca de dez vezes mais fortes que as ligações
secundárias. As suas energias de ligação são da ordem de 100 kcal/mol
(lembre-se que 1 cal = 4,184 J). As ligações primárias podem ser de três
tipos: iônica, covalente e metálica.

As ligações secundárias envolvem energias de ligação da ordem de
apenas 10 kcal/mol. Embora existam alguns tipos de ligações fracas, elas são
geralmente englobadas dentro da designação de ligações de van der Waals.

A figura 3.1 apresenta a variação de energia com a distância para uma
molécula diatômica. Quando os dois átomos estão muito distantes entre si, a
interação inexiste, de modo que pode-se atribuir o valor zero para a energia
de interação entre eles. À medida que R diminui, a estabilidade aumenta,
principalmente, em virtude da atração entre o núcleo e os elétrons. Para
distâncias menores que a de equilíbrio (Re), a forte repulsão entre os núcleos
faz com que a curva suba rapidamente.

Figura 3.1 — Diagrama de energia potencial para uma molécula diatômica.

48 CAPÍTULO 3

Ligação iônica

Na ligação iônica um ou mais elétrons são transferidos de um átomo
eletropositivo para outro mais eletronegativo. A ligação pode