N P P N. Ciências de Materiais I Prof. Nilson C. Cruz. Aula 2 Ligação Química. Átomos. Diferença entre materiais = Diferença entre arranjos atômicos e

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1 Ciências de Materiais I Prof. Nilson C. Cruz Aula 2 Ligação Química Átomos Diferença entre materiais = Diferença entre arranjos atômicos e N P P N e N P e Carga (x 1,6x10-19 C) Massa (x 1,673x10-24 g) 1, /1836

2 Número atômico (Z) = nº de prótons Massa atômica (A) Z + nº de nêutrons 1 mol = 6,02x10 23 átomos (número de Avogadro) Raio Nuclear m Raio Atômico m (1 angstron, 1Å) 1 uma = 1/12 massa 12 C 1 uma/átomo (ou molécula) = 1 g/mol Exemplo Sabendo que o peso molar da prata é 107,87 g/mol, calcule o número de átomos em 100 g de Ag? Solução: (100g)(6, ) nº de átomos Ag = (107,87) = 5,58x10 23 átomos g mol 23 átomos mol Propriedades Elétrons Químicas Mecânicas Elétricas Ópticas Térmicas Estrutura Eletrônica Átomo de hidrogênio Níveis de Energia Energia P

3 Transição Eletrônica Transição Eletrônica Energia P n = 1 n = 2 P E Fóton ou E = hν E = hc/λ h = 6,63x10-34 Js = constante de Planck ν = freqüência do fóton c = velocidade da luz λ = comprimento de onda do fóton Átomo de Bohr Átomo de hidrogênio (Bohr) E = - 2π 2 me 4 = - 13,6 ev n 2 h 2 n 2 n = (0,0eV) n = 4 (-0,8eV) n = 3 (-1,5eV) n = 2 (-3,4eV) n=1,2,3,... = nº quântico principal m = 9,1x10-31 kg e = 1,6x10-19 C 1eV = 1,6x10-19 J n = 1 (-13,6eV)

4 Interferência de ondas mecânicas Difração de elétrons Difração de elétrons Difração de elétrons

5 Difração de elétrons Dubleto do sódio Experiência de Stern-Gerlach Modelo de Bohr = LIMITADO Modelo ONDULATÓRIO

6 Bohr x mecânica ondulatória Bohr x mecânica ondulatória Bohr Partícula n Orbitais Mecânica Ondulatória Onda-partícula Quatro números quânticos Probabilidade Bohr Ondulatório Modelo Ondulatório Número quântico principal n camadas Cada elétron atômico é representado por quatro números quânticos 4 prótons 5 nêutrons n = 1 (K) n = 2 (L)

7 Número quântico secundário l subcamadas l = 0,1,2,3,...,n-1 = s,p,d,f m l estados energéticos nas subcamadas m l = -l,...,0,...,+l m s momento de spin m s = +1/2 m s = -1/2 Energia (ev) Bohr Ondulatório

8 Dubleto do sódio Princípio da Exclusão de Pauli Cada estado ou orbital eletrônico pode comportar no máximo dois elétrons, que devem possuir spins opostos. Padrão para distribuição de elétrons Distribuição eletrônica n 1 (K) 2 (L) 3 (M) 4 (N) 5 (0) 6 (P) l=0 (s) l=1 (p) l=2 (d) l=3 (f) Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning

9 Distribuição eletrônica Na: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Mg: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 Al: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 Camada de valência Ge: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 2 Distribuição eletrônica He: 1s 2 2s 2 Ne: 1s 2 2s 2 2p 6 Ar: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 Kr: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 Xe: [Kr] 4d 10 5s 2 5p 6 Rn: [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 6 Distribuição eletrônica Camada de valência completa = Estrutura eletrônica estável Átomos ganham, perdem ou compartilham elétrons para atingir configuração estável

10 Tabela Periódica Ligações Iônicas Ligações Químicas Eletropositivos Semicondutores III-V II-VI Eletronegativos Ligações Iônicas Ligações Covalentes Ligações Químicas 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning

11 Ligações Covalentes Ligações Metálicas Ligações Químicas Núcleo dos íons 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning Mar de elétrons de valência Ligações Metálicas Ligações de van der Waals 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning

12 Ligações de van der Waals Forças de London (dipolos induzidos) Ligações de van der Waals Interações de Keesom (dipolos permanentes) 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning Ligações de van der Waals PVC Interações de Debye Dipolo induzido Dipolo permanente 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning

13 Cerâmicas e semicondutores Ligações mistas Fração Covalente = e -0,25 E E = diferença de eletronegatividade Ex. SiO 2 Fração Covalente = e -0,25(3,5-1,8) 2 = 0,486 2 Espaçamento Interatômico Energia de Ligação e Espaçamento Interatômico Energia de ligação Ligação Iônica Covalente Metálica Van der Waals Energia (ev) 6,0 16,0 5,0 13,0 1,0 9,0 <0, Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning Energia de Ligação e Temperatura de Fusão Força de Ligação e Módulo de Elasticidade 3800 C W Ponto de Fusão ( C) NaCl Al Fe Si MgO H Cl 2 O Ar Energia de Ligação (ev) 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning

14 Energia de Ligação e Coeficiente de Expansão Térmica 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning