02 Ciencia e Tecnologia dos Materiais - Alteraçoes interatomicas, coordenaçao atomica

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Atrações interatômicas, coordenação 
atômica
Disciplina: Tecnologia e Ciência dos Materiais
Prof. Me. Jeferson Santos Santana
Introdução
• A Mecânica Quântica é a teoria que melhor descreve o
comportamento das partículas subatômicas:
– Quantização das energias;
– Princípio da Exclusão de Pauli;
– Princípio da Incerteza de Heinsenberg;
Fonte: http://www.bbc.co.uk/science/space/universe/.../quantum_mechanics
Introdução
• Há uma necessidade de conhecimento das
forças que mantêm os átomos unidos,
baseando –se que a maioria dos materiais
está sob a forma líquida ou sólida;está sob a forma líquida ou sólida;
– Número de Avogadro;
– Mol;
Fonte: http://www.discovery.com/tv-shows/curiosity/topics/quantum-mechanics.htm
• As atrações interatômicas
são conseqüência da
estrutura eletrônica dos
átomos. A maior parte dos
outros elementos, ao
contrário dos gases
nobres, deve adquirir a
configuração altamenteconfiguração altamente
estável de oito elétrons na
camada mais externa,
através de um dos
seguintes mecanismos:
– recebendo elétrons;
– perdendo elétrons;
– compartilhando elétrons;
Fonte: http://www2.hoover.k12.al.us/schools/hhs/faculty/jwalding/Pages/BONDINGUNIT.aspx
• Os arranjos locais de átomos num sólido
podem ser :
– regulares (cristalinos);
– Irregulares (vítreos)
Fonte: http://www.physics.rutgers.edu/ugrad/labs/bragg.html
• Os arranjos que observamos
dependem, em parte, de ser a
ligação química direcional ou
não-direcional. Se a ligação é
direcional, o arranjo atômico
local é determinado pelos
ângulos das ligações e pode ser
representado por um poliedro de
ligação, cujos vértices
representam as direções de
maior energia de ligação. Se a
ligação é não-direcional, oligação é não-direcional, o
arranjo depende dos tamanhos
relativos dos átomos. O
empilhamento neste caso pode
ser descrito geometricamente
como um poliedro de
coordenação, que é construído
conectando-se centros de todos
os átomos ou íons vizinhos que
tocam o átomo central
Fonte: http://bouman.chem.georgetown.edu/S02/lect30/lect30.htm
• Ligações direcionais:
– Ligações covalentes;
– Dipolo permanente;
• Ligações não-direcionais:
Ligações metálicas;– Ligações metálicas;
– Ligações iônicas;
– Ligações do tipo Van der Waals
LIGAÇÃO IÔNICA
Fonte: http://kgortney.pbworks.com/w/page/28715420/Class%20Notes
• A ligação iônica resulta da atração entre íons
positivos e negativos.
• Como sempre há uma atração coulombiana entre
íons positivos e negativos, aparece uma ligação
entre íons vizinhos de carga oposta.
• O principal requisito que um material iônico
sempre satisfaz é a neutralidade elétrica, isto é, o
número de cargas positivas é sempre igual ao
numero de cargas negativas
LIGAÇÃO COVALENTE
Fonte: http://www.uic.edu/classes/bios/bios100/lectures/chemistry.htm
LIGAÇÃO COVALENTE
• a estrutura eletrônica de um átomo é
relativamente estável se o mesmo contém
oito elétrons na camada de valência (uma
exceção é a primeira camada ou camada K,exceção é a primeira camada ou camada K,
que é estável com dois elétrons). Muitas
vezes, um átomo pode adquirir estes oito
elétrons compartilhando elétrons com um
átomo adjacente.
• Deve-se observar que os
átomos ligados por
covalência não são
necessariamente iguais;
– a distância interatômica
diminui quando mais de um
par de elétrons é
compartilhado.compartilhado.
• Combinações poliatômicas
são igualmente comuns.
– O metano é um exemplo.
Neste caso, o átomo de
carbono é circundado por
quatro átomos de hidrogênio
onde suas superfícies não
são precisas.
Fonte: http://bouman.chem.georgetown.edu/S02/lect30/lect30.htm
LIGAÇÃO METÁLICA
Fonte: http://wonderwhizkids.com/conceptmaps/metallic_bond.html
LIGAÇÃO METÁLICA
• A ligação metálica, é capaz de manter átomos unidos.
Infortunadamente, um modelo de ligação metálica não é tão
fácil de ser construído como aqueles da iônica e da
covalente.
– Entretanto, uma visão simplificada é suficiente para os
propósitos. Se um átomo apresenta apenas uns poucos elétrons
de valência, estes podem ser removidos com relativa facilidade,
enquanto que os demais elétrons são firmemente ligados ao
núcleo. Isto, com efeito, origina uma estrutura formada por íons
positivos e elétrons “livres”.
Fonte: http://www.schenectady.k12.ny.us/users/pattersont/ibdt%20website/javascript%20quizzes/ibprimarymanufpicturequiz/primarymanufacturingpicturequiz2.html
Combinações dos vários tipos de 
ligação
• Muitos materiais podem ser ligados de mais de
uma maneira. Por exemplo, os elétrons de
valência do HCl podem se distribuir em qualquer
das duas configurações mostradas. Ex.:das duas configurações mostradas. Ex.:
• H2 tem três alternativas para a distribuição de seus
elétrons de valência, pois são possíveis dois arranjos
iônicos e um covalente. A experiência mostrou que
cada uma destas três modificações realmente existe na
molécula de H2. Embora os elétrons possam ressoar
livremente entre estes três arranjos, no hidrogênio,
usualmente a distribuição é o covalente. Como
resultado, dois átomos de hidrogênio atuam como uma
molécula diatômica.molécula diatômica.
Forças de van der Waals
• Em um gás nobre como o hélio, a camada mais externa,
que tem dois elétrons, está completa, e os outros gases
nobres, como o neônio e o argônio, tem todos oito elétrons
na última camada. Nestas situações de estabilidade,
nenhum dos tipos de ligação já estudados pode ser efetivo,
já que, tanto a ligação iônica como a metálica e a covalente
requerem ajustamentos nos elétrons de valência. Como
já que, tanto a ligação iônica como a metálica e a covalente
requerem ajustamentos nos elétrons de valência. Como
conseqüência, os átomos destes gases nobres tem pouca
atração uns pelos outros e, com raras exceções,
permanecem monoatômicos nas temperaturas ordinárias.
Somente em temperaturas extremamente baixas, quando
as vibrações térmicas estão drasticamente reduzidas, é que
estes gases se condensam. É justamente esta condensação
que torna evidente a existência de ligações fracas que
tendem a manter os átomos unidos.
Polarização Molecular
• A maior parte das forças de atração de Van der Waals se origina de dipolos
elétricos, o que pode ser ilustrado com simplicidade em uma molécula
como o HF. Há dois elétrons disponíveis para a camada K do hidrogênio e
oito elétrons para a camada mais externa L do flúor. Entretanto, dentro da
molécula há um desbalanceamento elétrico, porque o par eletrônico
compartilhado circunda mais eficazmente o núcleo positivo do F do que o
núcleo do H. Conseqüentemente, o centro de carga positiva não coincide
com o centro de carga negativa e tem-se a formação de um dipolo elétrico.com o centro de carga negativa e tem-se a formação de um dipolo elétrico.
Efeitos de dispersão
• Em todas as moléculas simétricas e
nos átomos de todos os gases
nobres, uma polarização
momentânea ocorre como
resultado do movimento do acaso
dos elétrons. Esta polarização
flutuante ao acaso tem sidoflutuante ao acaso tem sido
denominada de efeito de
dispersão. As atrações
interatômicas resultantes são
fracas, mas não desprezíveis, como
é evidenciado pelo fato de
moléculas simétricas e gases
monoatômicos se condensarem
em temperaturas suficientemente
baixas.
Tone: http://www.picstopin.com/480/-london-dispersion-forces-dipole-attractions-and-hydrogen-bonds/http:||i*ytimg*com|vi|8qfzpJvsp04|0*jpg/
COORDENAÇÃO ATÔMICA
• Embora no caso de moléculas diatômicas, haja
a ligação e a coordenação entre dois átomos
apenas, muitos materiais envolvem a
coordenação de muitos átomos em umacoordenação de muitos átomos em uma
estrutura integrada. Dois fatores principais:
– distâncias interatômicas
– arranjos espaciais.
Raio Atômico e Iônico
• A distância de equilíbrio entre os centros de dois átomos
vizinhos pode ser considerada como sendo a soma de seus
raios.
• Muitos fatores podem alterar esta distância.
– O primeiro é a temperatura. Qualquer aumento na energia
acima do mínimo aumentará a distância interatômica, Esteacima do mínimo aumentará a distânciainteratômica, Este
aumento no espaçamento médio entre os átomos é o
responsável pela expansão térmica dos materiais.
– A valência do íon também influencia a distância interatômica. O
íon ferroso (Fe2+) tem um raio de 0,83 Å, o qual é menor que o
do ferro metálico, os elétrons remanescentes são atraídos mais
fortemente pelo núcleo, cuja carga positiva continua sendo 26.
Uma redução adicional no espaçamento interatômico é
observada quando um outro elétron é removido, produzindo o
íon férrico (Fe3+).
Fonte: http://look4chemistry.blogspot.com.br/2012/07/atomic-radii.html
Número de coordenação
• O número de coordenação (NC) simplesmente representa o
número de vizinhos mais próximos que um dado átomo
tem.
• Dois fatores governam o número de coordenação de um
átomo.
– O primeiro é a covalência. Especificamente, o número de– O primeiro é a covalência. Especificamente, o número de
ligações covalentes em torno de um átomo é dependente do
número de seus elétrons de valência;
– O segundo fator que afeta o número de coordenação é o
empacotamento atômico. Como há libertação de energia
quando átomos ou íons são aproximados (até que as distâncias
de equilíbrio sejam atingidas), um material se torna mais estável
se os átomos forem arranjados de uma forma mais fechada e as
distâncias interatômicas forem reduzidas
Fontes: http://nature.berkeley.edu/classes/eps2//wisc/L4c5.html e http://kids.britannica.com/comptons/art-53493/The-coordination-number-of-the-central-atom-in-each-of
REFERÊNCIAS
• MIRANDA, Paulo E. V. Propriedade Mecânicas: O ensaio 
de tração uniaxial. Apresentaçao UFRJ
• VLACK, Lawrence H. V.. Princípios de ciências dos 
materiais. 1ª. Edgard Blucher: São Paulo, 2000.
• JUNIOR, Willian D. C.. Ciência e engenharia de • JUNIOR, Willian D. C.. Ciência e engenharia de 
materiais: Uma introduçao. 5ª. LTC: São Paulo, 1999.
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