Centro Universitário da Fundação Educacional de Barretos. Princípio de Ciências dos Materiais Prof.: Luciano H. de Almeida

Transcrição

1 Centro Universitário da Fundação Educacional de Barretos Princípio de Ciências dos Materiais Prof.: Luciano H. de Almeida

2 Porque estudar estrutura atômica? Ligação atômica e as propriedades dos materiais Ex.: Grafite e diamante Propriedades de materiais sólidos dependem do arranjo e do tipo de ligações atômicas

3 Estrutura atômica Átomos formados por núcleo e eletrosfera Modelos Bohr e Mecânico-ondulatório Callister, 7ª Edição, 2007

4 Configuração eletrônica distribuição dos elétrons

5 Linhas períodos Colunas grupos Elementos do mesmo grupo similar estrutura de valência similar propriedades físicas e químicas

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7 Elementos eletropsitivos metais doam elétrons Elementos eletronegativos aceitam elétrons Eletronegatividade aumenta da esquerda para a direita e de baixo para cima

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9 Ligação atômica Entendimento de propriedades físicas Ligação iônica Ligação covalente Ligação metálica Ligações primarias Ligação de Van der Waals Ligações secundarias

10 Ligação iônica Materiais compostos de elementos metálicos e não-metálicos Configuração estável Ex.: Cloreto de sódio (NaCl) Ligação não-direcional

11 Ligação iônica Forte energia de ligação Materiais cerâmicos Altas temperaturas de fusão Duros e frágeis Isolantes térmicos e elétricos

12 Ligação covalente Compartilhamento de elétrons Ligação direcional

13 Ligação covalente Moléculas elementares H 2, Cl 2 Moléculas CH 4, H 2 O, HNO 3 Sólidos elementares C (diamante), Si e Ge Compostos Sólidos SiC, GaAs Ligações possíveis 8 N N = elétrons de valência

14 Ligação covalente Muito forte (diamante) ou muito fracas (bismuto) Materiais poliméricos exibem esta ligação Compostos orgânicos Materiais exibem os dois tipos de ligação (iônica e covalente

15 Ligação metálica Metais e ligas Elétrons de valência livres (nuvem de elétrons)

16 Ligação metálica Muito forte (W) ou muito fracas (Hg) Elementos dos Grupos IA e IIA e todos o metais elementares Bons condutores de eletricidade e calor

17 Ligação de Van der Waals Ligações fracas Presentes em moléculas Evidenciada nos gases inertes

18 Ligação de Van der Waals

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20 Sólidos cristalinos Periodicidade de longo alcance Amorfo ou não-cristalino ausência de regularidade de longo alcance Diversos tipos de estruturas Metais estrutura simples Cerâmicas estruturas mais complexas Rede estrutura cristalina

21 Sólidos cristalinos Cela unitária menor conjunto ordenado de átomos Representa a estrutura cristalina do material

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24 Estrutura cristalina metálica Ligação metálica não direcional sem restrições ao número de átomos vizinhos Empacotamento denso de átomos Estrutura cúbica de face centrada (CFC) aresta a = 2R 2 R = raio atômico

25 Estrutura cristalina metálica Número de coordenação Fator de empacotamento

26 Estrutura cristalina metálica Estrutura cúbica de corpo centrado (CCC)

27 Estrutura cristalina metálica Estrutura hexagonal compacta (HC)

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29 Densidade teórica Cálculo feito a partir da estrutura cristalina ρ = n A V C N A n = nº de átomos em cada cela unitária A = peso atômico V c = volume da cela N A = nº de Avogadro (9,02 x átomos/mol

30 Polimorfismo e alotropia Materiais com mais de uma estrutura cristalina Estrutura depende tanto da temperatura quanto pressão Ferro CCC a temperatura ambiente ferro CFC a 912 ºC Podem ocorrer mudanças de densidade e outras propriedades