Introdução à Nanotecnologia

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Silvana Bardini Philippi
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1 Introdução à Nanotecnologia Ele 1060 Aula

2 Fundamentos

3 Aula Anterior Classificação dos Materiais; Átomos; Elétrons nos Átomos.

4 Ligação Atômica no Sólidos Para compreender as propriedades físicas dos materiais: Deve-se conhecer as forças interatômicasque unem os átomosentre si. Vamos considerar dois átomos separados.

5 Ligação Atômica no Sólidos 2 tipos de forças: Atrativa e Repulsiva. Dependem da distância interatômica. No equilíbrio: F T = 0. F T = F A + F R Distância de equilíbrio r 0 Aproximadamente 0,3 nm para muitos átomos.

6 Ligação Atômica no Sólidos Vamos pensar em termos de energia. E 0 Energia de Ligação(Energia mínima). E T = E A + E R

7 Ligação Atômica no Sólidos

8 Ligações Interatômicas Primárias Ligação Iônica Ligação Covalente Ligação Metálica

9 Ligação Iônica Fácil de ser descrita e visualizada; Encontrada em compostos envolvendo elementos metálicos e não-metálicos; Átomos de um elemento metálico perdem elétron Ficam positivos Átomos de um elemento não-metálico ganha leétron Ficam negativos

10 Ligação Iônica Exemplo clássico: NaCl.

11 Ligação Iônica

12 Ligação Iônica Força de Ligação atrativa Coulomb Íons positivos e negativos se atraem; Energia para dois íons isolados. A E A = r Energia de Repulsão. E A, B e n são constante (n é aproximadamente 8) R = r B n

13 Ligação Iônica Ligação não-direcional Íons positivos dever ter vizinhos negativos. Ligação predominante nos materiais cerâmicos; Energias de ligação são grandes Entre 600 e 1500 kj/mol; Materiais duros e frágeis.

14 Ligação Covalente Caracterizada pelo compartilhamento de elétrons entre átomos adjacentes; Elétrons podem ser considerados como pertencentes a ambos os átomos. Ligação direcional Ocorre entre átomos específicos. Ocorre em: Sólidos elementares (diamante, silício e germânio) Moléculas elementares (H 2, Cl 2, F 2, etc) Outros.

15 Ligação Covalente

16 Ligação Covalente Ligações Fortes Ex: Diamante Ligações Fracas Ex: Bismuto Normal em materiais poliméricos; É normal a existência de ligações interatômicas que são parcialmente iônicas e parcialmente covalentes.

17 Ligação Metálica Encontrada nos metais e ligas metálicas; Elétrons de valêncianão estão ligadosa qualquer átomo no sólido. Estão livres para se movimentarem. mar de elétrons ou núvem de elétrons. Elétrons restantes + núcleos Núcleos iônicos Positivos. Ligação não-direcional.

18 Ligação Metálica

19 Ligação Metálica Ligações Fortes. EX: Tungstênio. Ligações Fracas EX: Mercúrio. Obviamente, os metais são bons condutores de eletricidade.

20 Ligações Secundárias (Van der Waals) Também conhecidas como ligações Físicas; São mais fracas; Existem entre praticamente todosos átomos e moléculas; Resulta da atração de Coulomb entre dipolos;

21 Ligações Secundárias (Van der Waals) Ligações de dipolo induzido flutuante; Ligações entre moléculas polares e dipolos induzidos; Ligações de dipolos permanentes.

22 Ligações de dipolo induzido flutuante Dipolopode ser criado ou induzidoem um átomo ou molécula eletricamente simétrica; Dipolopode causar distorções instantâneasna distribuição eletrônica do átomo ou molécula vizinha.

23 Ligações de dipolo induzido flutuante Núcleo Atômico Nuvem Eletrônica

24 Ligações de dipolo induzido flutuante Núcleo Atômico Nuvem Eletrônica + -

25 Ligações entre moléculas polares e dipolos induzidos Algumas moléculas possuem momentos dipolares permanente; Arranjo assimétrico de regiões positivas e negativas. Moléculas polares. Moléculas polares podem induzir dipolos em moléculas apolares adjacentes. Formará uma ligação entre elas.

26 Ligações entre moléculas polares e dipolos induzidos + -

27 Ligações de dipolos permanentes Entre moléculas polares adjacentes; Energiasde ligação maioresque aquelas envolvendo dipolos induzidos; Ligação de Hidrogênio Flúor Ex: HF; Oxigênio Ex: H 2 O; Nitrogênio Ex: NH 3.

28 Ligações de dipolos permanentes

29 Comparação entre as ligações

30 Referências Ciência e Engenharia dos Materiais Uma Introdução Sétima Edição. William D. Calister Jr.

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