Ligações Químicas e Materiais.

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1 Faculdade de Tecnologia e Ciências FTC Colegiado de Engenharia Civil Química Geral Ligações Químicas e Materiais. Aycvacv Cacbdahc PROFESSORA: Shaiala Aquino

2 São forças que unem átomos formandos moléculas, agrupamentos de átomos ou sólidos iônicos. Os elétrons mais externos do átomo são os responsáveis pela ocorrência da ligação química.

3 Quebram-se facilmente vidro Conduzem corrente elétrica Difícil de quebrar As ligações químicas tem forte influência sobre diversas propriedades dos materiais. aço metais Isolantes

4 Energia Por que os átomos se ligam? Átomos isolados Menos estáveis Para ficar estáveis! Átomos ligados Mais estáveis

5 Dependendo da energia envolvida na ligação elas podem ser divididas em: Fortes (Iônicas; Covalentes e Metálicas). Fracas (Van Der Waals, Dipolo-Dipolo e Ponte de Hidrogênio).

6 Atração PERDE eletrostática 1 ELÉTRON entre íons de cargas opostas. Na Na + + Cl Cl CLORETO DE SÓDIO Formam-se quando um elemento com baixa energia de ionização cede um elétron a um elemento com elevada afinidade eletrônica.

7 E Q Na r Q Cl

8 A estabilidade de um composto iônico depende da interação de todos os íons. Energia de rede: é a energia necessária para dissociar completamente um mol de composto iônico sólido nos seus íons no estado gasoso. NaCl(s) Na + (g) + Cl - (g) H = +787 kj/mol Esta energia não pode ser medida diretamente, mas pode ser obtida a partir de um ciclo de Born-Haber, que mostra todos os passos que contribuem para a energia total da reação de formação do composto iônico.

9 Etapa Processo H, Kj/mol A Na (s) Na (g) +108 (energia absorvida) B 1/2Cl 2(g) Cl (g) +121 (energia absorvida) C Na (g) Na+ (g) + e (energia absorvida) D e - + Cl (g) Cl - (g) -348 (energia liberada) E Na + (g) + Cl - (g) NaCl (s) -787 (energia liberada) Total Na (s) + 1/2Cl 2(g) NaCl (s) (energia líquida liberada)

10 Na(g) Na + (g) + e kj/mol Cl(g) + e kj/mol Cl - (g) 1/2 Cl 2 (g) Cl(g) 122 kj/mol Na + (g) + Cl - (g) H =? NaCl(s) Na(s) Na(g) kj/mol Na(s) + 1/2 Cl 2 (g) NaCl(s) H total = -411 kj/mol H 1 + H 2 + H 3 + H 4 + H 5 = H total H 5 = -787 kj/mol H rede = kj/mol

11 A ligação covalente ocorre quando os dois átomos têm a mesma PERDE tendência 1 ELÉTRON de ganhar e perder elétrons.compartilhamento de elétrons. O comprimento e força da ligação química resultam do equilíbrio devido à repulsão entre cargas iguais e atração entre cargas opostas. +

12 Define-se comprimento da ligação como sendo a distância entre os núcleos de dois átomos ligados numa molécula.

13 Quando cada um dos átomos ligantes contribui com um elétron para a formação do par. N (Z = 7) 1s 2 2s 2 2p 3 N N FÓRMULA ELETRÔNICA N N FÓRMULA ESTRUTURAL PLANA N 2 FÓRMULA EMPÍRICA

14 Compostos covalentes: geralmente gases, líquidos ou sólidos de baixo ponto de fusão Compostos iônicos: sólidos de ponto de fusão elevado. Propriedade NaCl CCl 4 Aspecto sólido branco líquido incolor T fusão / C T ebulição / C solubilidade em H 2 O elevada bastante baixa Condutividade elétrica sólido mau mau fundido bom mau

15 Ozônio, O 3 Ambos os comprimentos são iguais: A Ressonância: uma única estrutura de Lewis falha em descrever de forma precisa a estrutura eletrônica real A molécula do ozônio é um híbrido de ressonância das duas estruturas. Ordem de cada ligação: 1,5

16 É a medida da capacidade de um átomo atrair para si os pares de elétrons compartilhados numa ligação. Cresce

17 Teoria do elétron livre de Drude e Lorentz. Os metais possuem uma baixa eletronegatividade, os mesmos perdem seus elétrons muito facilmente. Esses elétrons livres formam uma nuvem eletrônica que mantém os íons metálicos sempre unidos formando a chamada ligação metálica.

18 Alta condutividade elétrica e térmica. Permitem grande deformação plástica pois as ligações são móveis ou seja não são rígidas como as iônicas e as covalentes. Possuem o brilho metálico, como os elétrons são muito móveis trocam de nível energético com facilidade emitindo fótons. Aço - Fe e C. Aço inoxidável - Fe, C, Cr e Ni. Amálgama dental - Hg, Ag e Sn Bronze Cu e Sn Latão Cu e Zn

19 Liga é a mistura, de aspecto metálico e homogêneo, de um ou mais metais entre si ou com outros elementos. Deve ter composição cristalina e comportamento com metal. Geralmente as ligas tem propriedades mecânicas e tecnológicas melhores que as dos metais puros.

20 Aparência sólidos a temperaturas ordinárias porosidade não aparente brilho característico, que pode ser aumentado por polimento ou tratamento químico. Densidade varia bastante de uma liga para outra. Geralmente vai de 2,56 a 11,45 sendo que a platina atinge 21,30. Dilatação e Condutividade Térmica A título de comparação, apresentamos os coeficientes de dilatação seguintes: concreto: 0,01 mm/m/ºc vidro: 0,08 mm/m/ºc metais: 0,10 a 0,03 mm/m/ºc

21 A liga mais utilizada na construção civil é o aço, pelo seu largo uso como armação nos concretos. Alumínio, consagra-se definitivamente em segundo lugar entre os metais mais utilizados. Quanto mais puro o alumínio, maior a resistência à corrosão e menor a resistência mecânica. A liga com 3% de cobre, 1% de manganês e 0,5% de magnésio, gera o duralumínio, material que substitui o aço em muitas situações.

22 São Divididas em Dois Grupos: Ligas Ferrosas O Fe é o elemento principal. Ligas Não Ferrosas Não tem como base o Fe. Características das Ligas Ferrosas: Aços: Ligas de Fe ao C. Aços comuns ao C Concentrações residuais de impurezas além de C e Mn.

23 Aço Doce: < 0,20 % de C; Características: São maleáveis e dúcteis. Microestrutura: Ferrita e Perlita; Usados para fazer cabos, pregos e correntes. Aços médio: 0,20% < C < 0,60%; Características: São mais duros que o aço doce. Usados para fazer vigas e trilhos de trens, engrenagens e componentes estruturais de alta resistência. Aços com alto teor de C: 0,6% < C < 1,5 %; Características: Mais duros e resistentes; Resistente ao desgaste e abrasão; Usados na fabricação de ferramentas.

24 O Vanádio e o Cromo podem ser adicionados para conceder força e aumentar a resistência à fadiga e à corrosão. Exemplo: Um trilho de trem de aço usado na Suécia em linhas suportando carregamentos pesados de minério contém 0,7 % de C, 1% de Cr e 0,1 % de V. Uma das mais importantes ligas de Ferro é o aço inoxidável, que contém aproximadamente 0,4 % de C, 18 % de Cr e 1 % de Ni.

25 Quanto maior a energia envolvida na ligação química há uma tendência de: Maior ser o ponto de fusão do composto; Maior a resistência mecânica; Maior a dureza; Maior o módulo de elasticidade; Maior a estabilidade química; Menor a dilatação térmica.

26 Combinações de metais com elementos não metálicos, os cerâmicos são muito duros, porém frágeis. Os principais tipos são os óxidos, nitretos e carbetos, e pertencem a este grupo os argilo-minerais, cimento e vidros. Podem apresentar ligações covalentes, ligações iônicas ou alguma combinação das duas. Geralmente são isolantes de calor e eletricidade; Estáveis à altas temperaturas, resistentes a corrosão e desgaste, não se deformam com facilidade e são menos densas que os metais usados para aplicações de altas temperaturas. Com relação às propriedades mecânicas as cerâmicas são duras e quebradiças;

27 Os cerâmicos são constituídos de metais (alguns apenas) e a maioria de nãometais.

28 Forma-se com átomos de diferentes eletronegatividades (um alta e outro baixa); Os elétrons de valência são transferidos entre átomos produzindo íons; A ligação iônica não é direcional, a atração é mútua; A ligação é forte, por isso o PF dos materiais com esse tipo de ligação é geralmente alto. Como consequência da ligação ser predominantemente iônica a estrutura cristalina das cerâmicas são compostas por íons carregados eletricamente (CÁTIONS E ÂNIONS)

29 Material Percentual de Caráter Iônico CaF 2 89 MgO 73 NaCl 67 Al 2 O 3 63 SiO 2 51 SiN 4 30 ZnS 18 SiC 12

30 A extrema fragilidade e dureza dos cerâmicos vem da natureza das suas ligações atômicas iônicas ou covalentes. As estruturas cristalinas, quando presentes,são extremamente complexas Exemplo: O óxido de Silício (SiO 2 ) pode ter três formas cristalinas distintas: quartzo, cristobalite e tridimite 30

31 Densidade: 2-3 g/cm 3; Embora os materiais cerâmicos sejam em geral isolantes de calor e eletricidade, há uma classe de materiais cerâmicos que são supercondutores; A dilatação térmica é baixa comparada com metais e polímeros.

32 CRISTALINOS Incluem os cerâmicos à base de Silicatos, Óxidos, Carbonetos e Nitretos AMORFOS (VIDROS) Em geral com a mesma composição dos cristalinos, diferindo no processamento VIDRO-CERÂMICOS Formados inicialmente como amorfos e tratados termicamente Os cerâmicos avançados são baseados em óxidos, carbonetos e nitretos com elevados graus de pureza O Silício e o Oxigênio formam cerca de 75% da crosta terrestre, sendo materiais de ocorrência comum na natureza e de baixo custo!

33 CERÂMICOS CRISTALINOS DE SILICATOS Composição (% em peso) SiO 2 Al 2 O 3 K 2 O MgO CaO Outro s Sílica refractária 96 4 Tijolo refractário Mulita refractária Porcelana eléctrica Porcelana steatite Cimento Portland Os cerâmicos cristalinos à base de Silicatos não são usados como materiais estruturais (não são considerados cerâmicos avançados)

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