AULA 1 LIGACAO E OS MATERIAIS

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ESTRUTURA ATÔMICA E 
LIGAÇÕES QUÍMICAS 
MSC. TÂMERA TAIS DE LIMA SOUZA 
Estrutura Atômica 
CONCEITOS FUNDAMENTAIS 
 
ÁTOMO 
NÚCLEO 
ELETROSFERA 
Prótons 
 
 
 
Nêutrons 
Elétrons 
•  Massa de próton = 1,009u 
•  Massa de nêutron = 1,007u 
•  Massa de elétron = 0,00055u 
1 u (unidade de massa atômica) = 1,6605.10-24g 
• Cada elemento químico é caracterizado pelo número de 
prótons (P) de seu núcleo, ou seja, seu número 
atômico (Z). 
• A massa atômica (A) de um átomo específico pode ser 
expressa como a soma das massas dos prótons (P ou Z) 
e nêutrons (N) presentes em seu núcleo. 
 
A ≈Z + N 
Estrutura Atômica 
CONCEITOS FUNDAMENTAIS 
 
Átomo neutro ou completo 
Número de prótons = Número de elétrons 
ÍONS 
Número de prótons ≠ Número de elétrons 
Estrutura Atômica 
MODELO DE BOHR 
 
Orbital eletrônico 
N = número quântico principal 
Núcleo: Z = número de prótons 
Massa atômica: A ≈ Z + N 
•  Os elétrons circulam ao redor do núcleo atômico em orbitais discretos e a 
posição de qualquer elétron específico está mais ou menos bem definida em 
termos do seu orbital. 
•  A energia do elétron é quantizada; isto é, aos elétrons só são permitidos 
valores específicos de energia. 
Estrutura Atômica 
DISTRIBUIÇÃO DOS ELÉTRONS NOS ÁTOMOS 
 
• Camada mais externa ocupada pelos elétrons de um átomo. 
Estrutura Atômica 
CAMADA DE VALÊNCIA 
 
ü  Os elétrons que ocupam essa camada são chamados de elétrons de valência. Eles 
são extremamente importantes, pois participam da ligação entre átomos para 
formarem aglomerados atômicos e moléculas. Além disso muitas propriedades 
físicas e químicas dos sólidos estão baseadas nesses elétrons de valência. 
TABELA PERIÓDICA 
Por que estudar as ligações dos materiais? 
 
A estrutura do sólido é caracterizada pelo tipo de ligação 
que mantêm os átomo ou moléculas que o formam unidos, 
e por seus arranjos geométricos. Assim, o tipo de ligação 
interatômica ou molecular nos permite explicar algumas 
propriedades importantes de um material. 
• Material extremamente duro 
• Baixa condutividade elétrica 
• Transparente 
• Usado para triturar e cortar outros 
materiais (por exemplo, vidro) 
DIAMANTE 
• Baixa dureza 
• Boa condutividade elétrica em algumas 
direções 
• Opaco 
• Elevada resistência e boa estabilidade 
química em altas temperaturas 
GRAFITE 
COMPOSIÇÃO QUÍMICA: CARBONO 
ESTRUTURA ATÔMICA E LIGAÇÕES DOS MATERIAIS 
 
ESTRUTURA ATÔMICA E LIGAÇÕES DOS MATERIAIS 
 
Porque dois materiais com a mesma composição química 
apresentam propriedades tão diferentes? 
 
1. Estruturas cristalinas diferentes 
 
2. Ligações químicas diferentes 
A energia de ligação para dois átomos ou moléculas, 
representa a energia que seria necessária para separar 
dois átomos até uma distância de separação infinita 
• Existem três tipo diferentes de ligações químicas. 
•  IÔNICA 
• COVALENTE 
• METELÍCA 
LIGAÇÕES DOS MATERIAIS 
Forças e energia de ligação 
 
u  CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA ESTÁVEL: 
Configuração dos gases nobres 
 
Camada de valência estável com oito elétrons (exceção: H, He...). 
 
v  Alguns átomos dos elementos que não possuem a camada de 
valência completos (8 elétrons) assumem configuração 
eletrônica estável pelo ganho ou perda de elétrons (formação 
de íons), ou então pelo compartilhamento de elétrons com 
outro átomo. Esta é a base de algumas reações químicas e 
também algumas ligações atômicas nos sólidos. 
LIGAÇÕES DOS MATERIAIS 
 
 
LIGAÇÃO IÔNICA 
• Requer transferência de elétrons. 
• Requer grandes diferenças de eletronegatividade 
• Exemplo: NaCl 
Metal (Na) 
Não estável 
Não metal (Cl) 
Não estável 
Atração 
ELÉTRON 
Cátion (Na+) 
Estável 
Ânion (Cl-) 
Estável 
Metal + Ametal 
* Os materiais com esse tipo de ligação são caracteristicamente 
duros e frágeis e, além disso, isolantes térmicos e elétricos. 
LIGAÇÃO IÔNICA - EXEMPLOS 
NaCl 
MgO 
CaF2 
CsCl 
Elementos eletropositivos Elementos eletronegativos 
• Requer compartilhamento de elétrons 
• Similar eletronegatividade 
• Exemplo: Metano (CH4) 
 
 C: tem 4 elétrons de valência e 
precisa de mais 4 
 
 H: tem 1 elétrons de valência e 
precisa de mais 1 
LIGAÇÕES COVALENTES 
Ametal + Ametal 
LIGAÇÕES COVALENTES - EXEMPLOS 
H2 H2O 
C (diamante) 
SiC 
F2 
Cl2 
GaAs 
•  O Número de ligações covalentes possíveis é determinada pelo numero de 
valência do atômo (quantos faltem para completar 8 elétrons de valência). 
Essas ligações pode ser muito fortes ou fracas. 
• Os materiais metálicos possuem 1, 2 ou no máximo 3 
elétrons de valência. Esses elétrons não estão ligados 
particularmente a qualquer átomo, e se encontram livres 
para se movimentar por todo metal (núvem de elétrons). 
Eles funcionam como uma “cola” entre os átomos. 
LIGAÇÕES METÁLICAS 
Metal + Metal 
Ciência de materiais 
•  Investiga as relações que existem entre as estruturas 
e propriedades dos materiais 
Classificação dos materiais 
-  Metais 
-  Cerâmicas 
-  Polímeros 
-  Compósitos 
-  Materiais avançados 
Metais 
• São compostos por um ou mais elementos metálicos 
(ferro, alumínio, níquel, cobre) e também por não-
metálicos (carbono, nitrogênio e oxigênio) em 
pequenas quantidades. 
Metais 
• Os átomos nos metais se encontram de maneira bem 
ordenada; 
• Alta densidade; 
• São rígidos; 
• Dúcteis e resistentes a fratura; 
• Bons condutores elétricos e de calor; 
• Alguns possuem propriedades magnéticas. 
Cerâmicas 
• São compostos formados entre elementos metálicos 
e não-metálicos, na maioria, consistindo de óxidos, 
nitretos e carbetos. Exemplos: óxido de alumínio, 
carbeto de silício, argilas, cimento e vidro. 
Cerâmicas 
• São rígidos e resistentes; 
• Materiais duros e frágeis; 
• Suscetíveis a fratura; 
•  Isolantes térmicos e elétricos; 
• Alta resistência a temperaturas altas e ambientes 
severos; 
• Podem ser transparentes, translúcidas e opacas. 
Polímeros 
• São os familiares plásticos e borrachas. Compostos 
orgânicos baseados em carbono e hidrogênio e 
outros elementos não-metálicos. 
• Possuem estruturas moleculares muito grandes com 
os átomos de carbono na espinha dorsal. 
Polímeros 
• Possuem baixa densidade; 
• Não são rígidos e nem resistentes como os metais e 
cerâmicas; 
•  Flexiveis e dúcteis; 
•  Inertes em sua maioria; 
• Amolecem ou se decompõe a temperaturas não muito 
altas; 
• Não são condutores elétricos e térmicos. 
Compósitos 
•  Formado por dois ou mais materiais individuais 
(metais, cerâmicas ou polímeros) para combinar 
propriedades que um material isolado não possui. 
Compósitos 
•  Fibra de vidro no interior de resina epóxi ou poliéster) 
é um dos compósitos mais utilizados. – A fibra é 
resistente e a resina é dúctil. 
Compósitos 
• Compósitos de fibra de carbono são mais rígidos e 
utilizados em aeronaves e em aplicações aeroespaciais 
assim como equipamentos esportivos de alta tecnologia 
tais como, bicicletas, esquis etc. 
Materiais avançados 
• Materiais utilizados em alta tecnologia, pertencentes 
a todos os tipos de materiais. 
• Constituem os materiais avançados: 
•  Semicondutores: possuem propriedades elétricas 
intermediárias aos metais. (sílicio nos circuitos 
integrados) 
• Biomateriais: componentes implantados no corpo 
humano.