Materiais engenharia

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Relação Estrutura x Propriedades

16

• As propriedades “cotidianas” dos materiais dependem
§ da estrutura em escala atômica
§ da microestrutura (estrutura em escala intermediária)

Alumínio

Magnésio

(estrutura cúbica)

(estrutura hexagonal)

Fibras de vidro em uma
matriz de polímero.

Ex: Alumina porosa e não-porosa

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Poros

50 µm

A presença de poros causaespalhamento de
luz e o material se torna opaco.
Lâmpada
de vapor de sódio .
O gás em alta temperatura
(1000ºC) é guardado dentro de
um cilindro translúcido de
alumina.

50 µm

A eliminação dos poros através da adição de
0.1% de MgO gera um material translúcido.

Microestrutura de uma Solda

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Seleção de Materiais
• Ex: Cilindro de armazenamento de gases
§ Requerimento: resistira altas pressões (14MPa)
Resistência
Metais
Cerâmicas
Polímeros
Semicondutores
Compósitos

Flexibilidade

Custo

19

Seleção de Materiais
• Ex: Vaso de pressão de uma aeronave
§ Requerimento: resistir a altas pressões e ser leve
§ Aqui o custo é menos importante do que a funcionalidade
ØPrefere-se um material leve e forte, mesmo sendo caro.

Resistência
Metais
CerâmicasPolímeros
Semicondutores
Compósitos

Flexibilidade

Leveza

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LIGAÇÕES ATÔMICAS

Ligação Atômica
• Porque estudar a estrutura atômica ?
§ As propriedades macroscópicas dos materiais dependem
essencialmente do tipo de ligação entre os átomos.
§ O tipo de ligação depende fundamentalmente dos elétrons.
§ Os elétrons são influenciados pelos prótons e neutrons que
formam onúcleo atômico.
§ Os prótons e neutrons caracterizam quimicamente o
elemento e seus isótopos.

22

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Estrutura Atômica
Núcleo contendo
prótons - dão o número atômico
neutrons - dão o número isotópico

Mpróton = Mneutron = 1.66x10-24g= 1 amu
amu = atomic mass unit
unidade atômica de massa
Em uma grama teremos
1g
1.66 x10 − 24 g amu

= 6.023 x 10 23 amu

NA= Número de AvogadroMelétron = 0.911x10-27g
Mpróton = 1822 Melétron =>

Elétrons “girando” em volta do
núcleo em níveis de energia
discretos.

Responsáveis pela
ligação atômica

praticamente toda a
massa do átomo está
no núcleo.

Orbitais e níveis de energia
• Os elétrons são atraídos pelos prótons
• Os elétrons se distribuem em orbitais
§ Níveis de energia bem definidos
ØOs elétrons não podemassumir níveis intermediários
ØPara trocar de nível, os elétrons tem que receber a energia exata
que diferencia dois níveis.

§ A energia é função da distância dos elétrons ao núcleo
ØQuanto mais perto do núcleo mais ligado o elétron
ØQuanto mais longe do núcleo menos ligado

§ Se o elétron recebe energia suficiente, ele é arrancado, se
torna um elétron livre e o átomo é ionizado

24 Classificação das Ligações
• Ligações Primárias ou Fortes
§ Iônica
§ Covalente
§ Metálica

• Ligações Secundárias ou Fracas
§ van der Waals
ØDipolo permanente
ØDipolo induzido

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Ligação Iônica
• Formada entre dois átomos que se ionizam
Na

Cl

Na+

Cl-

• O Sódio tem apenas um elétron na última
camada. Este elétron é fracamente ligado
porque os outros 10 elétronsblindam a
atração do núcleo.
• O Cloro tem 7 elétrons na última camada.
Se adquirir mais um elétron forma uma
configuração mais estável.
• O Sódio perde um elétron e se ioniza,
ficando com carga positiva (cátion).
• O Cloro ganha o elétron e também se
ioniza, ficando Negativo (âNion).
• Os íons se ligam devido à atração
Coulombiana entre cargas opostas.
• Note a diferença entre o raioatômico e o
raio iônico.

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Espaçamento Interatômico
a
a0
0.10
0.10

0.10

−a
Força atraçãoρ
Força dede atração
FRe(entre ose
p . = λ íons)

0.08
0.08
0.06
0.06

0.08

0.04

0.02
0.02

0.02

0.00
0.00

-0.02
-0.02

0

5

-0.04
-0.04
-0.06
-0.06
-0.08
-0.08

FAtr .

10

15

20

25

Força
KQ1Qde repulsão
2
= Força deas nuvens...
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