Estruturas Dos Materiais

Click here to load reader

  • date post

    04-Oct-2014
  • Category

    Documents

  • view

    503
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Estruturas Dos Materiais

Estrutura e Propriedades dos MateriaisTOMOS E LIGAES QUMICAS

Prof. Rubens Caram

1

TOMOS E LIGAES QUMICASDIVERSAS PROPRIEDADES DOS MATERIAIS DEPENDEM DO ARRANJO DE SEUS TOMOS E DAS LIGAES ENTRES OS MESMOS EXEMPLODIAMANTE GRAFITE

R. Caram - 2

TOMOOS TOMOS SO FORMADOS POR UM PEQUENO NCLEO CONSTITUDO POR PRTONS E NEUTRONS, ENVOLVIDOS POR ELTRONS EM MOVIMENTO ELTRONS E PRTONS SO ELETRICAMENTE ATIVOS: CARGA DO ELTRON: -1,6 x 10-19 C CARGA DO PRTON: +1,6 x 10-19 C NEUTRON ELETRICAMENTE NEUTRO MASSAS DO PRTON E NEUTRON SO APROXIMADAMENTE IGUAIS: 1,67 x 10-27 kg CADA ELEMENTO QUMICO CARACTERIZADO POR UM No DE PRTONS No ATMICO TOMO NEUTRO No ELTRONS = No PRTONS Z = 1 PARA O HIDROGNIO Z = 94 PARA O PLUTNIOR. Caram - 3

MASSA ATMICAMASSA ATMICA (A) DE UM TOMO A SOMA DAS MASSAS DE SEUS PRTONS E NEUTRONS No DE PRTONS O MESMO PARA UM DETERMINADO TOMO No DE NEUTRONS PODE SER DIFERENTE PARA UM TOMO ALGUNS TOMOS TEM DOIS OU MAIS VALORES DE A ISTOPOS PESO ATMICO A MASSA ATMICA MDIA DOS ISTOPOS DE UM TOMO UNIDADE: 1U.M.A.=1/12 MASSA ATMICA DO ISTOPO MAIS COMUM DO CARBONO 1 MOL DE UMA SUBSTNCIA = 6,023 x 1023 TOMOS No DE AVOGADRO 1 U.M.A./TOMO = 1g/MOL EX.: PESO ATMICO DO Fe = 55,85 U.M.A./TOMO OU 55,85 g/MOLR. Caram - 4

TEORIA ATMICA550 A.C. FILSOFOS GREGOS PREVIAM QUE A MATRIA SERIA FORMADA POR PEQUENAS PARTCULAS INDIVISVEIS 1805 DALTON (UNIVERSITY OF MANCHESTER): MATRIA CONSTITDA POR PEQUENAS PARTCULAS (TOMOS) TOMO INDIVISVEL, MASSA E TAMANHO DEPENDEM DO ELEMENTO QUMICO COMPOSTOS PODEM SER FORMADOS POR DIFERENTES ELEMENTOS QUMICOS

R. Caram - 5

TEORIA ATMICA1904 THOMSON (CIENTISTA INGLS) QUAL SERIA NATUREZA RAIOS CATDICOS ? RAIOS CATDICOS: TUBO SOB VCUO, COM TERMINAIS ENERGIZADOS SOB ALTA TENSO ELTRICA = EMISSO DE LUZ

+ VR. Caram - 6

TEORIA ATMICAHIPTESES DE THOMSON SOBRE OS RAIOS CATDICOS: RAIOS CATDICOS SO PARTCULAS ELETRICAMENTE CARREGADAS; ESSAS PARTCULAS SO CONSTITUINTES DO TOMO; ESSAS PARTCULAS SO OS NICOS CONSTITUINTES DO TOMO TOMO SERIA UMA ESFERA COM MILHARES DE PEQUENOS COMPSCULO DISTRIBUDOS NO INTERIOR DE UMA NVEM COM CARGA POSITIVA: BOLO DE PASSAS. No DE PRTONS = No DE ELTRONS

+R. Caram - 7

MICROSCPIO ELETRNICOA RESOLUO DE UM MICRSCOPIO PTICO LIMITADA PELO COMPRIMENTO DE ONDA DA LUZ VISVEL. UM MICROSCPIO ELETRNICO EMPREGA ELTRONS PARA ILUMINAR UM OBJETO ELTRON TM COMPRIMENTO DE ONDA MUITO MENOR QUE OS DA LUZ VISVEL, O QUE PERMITE ANALISAR ESTRUTURAS MUITO PEQUENAS CONSTITUIO DE UM MICROSCPIO ELETRNICO: CANHO EMISSOR DE ELTRONS LENTES MAGNTICAS SISTEMA DE VCUO SISTEMA QUE CAPTAO DE ELTRONS E EXIBIO DE IMAGENS

R. Caram - 8

MICROSCPIO ELETRNICO

R. Caram - 9

MICROSCPIO ELETRNICO

R. Caram - 10

TEORIA ATMICA1911 RUTHERFORD (UNIVERSITY OF MANCHESTER): MASSA E CARGA POSITIVA DO TOMO ESTARIAM CONCENTRADOS NO CENTRO DO TOMO (NCLEO) ELTRONS GIRARIAM EM TORNO DO NCLEO, COMO PLANETAS NO SISTEMA SOLAR NCLEO COM CARGA POSITIVA E POUCOS ELTRONS GIRAM EM TORNO DO MESMO CONTRADIO: ELTRONS EM MOVIMENTO DEVERIAM EMITIR ENERGIA, O QUE LEVARIA CONTRAO + DA MATRIA

R. Caram - 11

MODELO ATMICO DE BOHRNCLEO

MODELO DE BOHR CONSIDERADO O PRECURSOR DA MECNICA QUNTICA APLICADA ESTRUTURA ATMICA NO MODELO DE BOHR: ELTRONS GIRAM EM TORNO DO NCLEO, ESTABELECIDOS EM RBITAS BEM DEFINIDAS POSIO DE UM DADO ELTRON ESTABELECIDA

ELTRON

RBITA

R. Caram - 12

MODELO ATMICO DE BOHRMODELO DE BOHR ENERGIA DOS ELTRONS QUANTIZADA CADA ELTRON TEM VALOR DEFINIDO DE ENERGIA UM ELTRON PODE MUDAR SUA ENERGIA ATRAVS DE SALTOS QUNTICOS: NVEL ENERGTICO MAIOR: ABSORO DE ENERGIA NVEL ENERGTICO MENOR: EMISSO DE ENERGIA ESTADOS ENERGTICOS NO VARIAM CONTINUAMENTE: ESTADOS OU NVEIS ADJACENTES SO SEPARADOS POR VALORES FINITOS DE ENERGIA NVEIS ESTO ASSOCIADOS S RBITAS ELETRNICAS: QDO O ELTRON PASSA DE UMA RBITA DE NVEL MAIOR ABSORVE ENERGIA QDO O ELTRON PASSA DE UMA RBITA DE NVEL MENOR EMITE ENERGIA ENERGIA ENVOLVIDA NA EMISSO OU ABSORO MEDIDA PELO QUANTUMR. Caram - 13

NMEROS QUNTICOSTEORIA ATMICA MODERNA CONSIDERA QUE: MOVIMENTO DO ELTRON EM TORNO DO NCLEO E SUA ENERGIA SO DESCRITOS POR QUATRO NMEROS QUNTICOS n = NMERO QUNTICO PRINCIPAL l = NMERO QUNTICO SECUNDRIO ml = NMERO QUNTICO MAGNTICO ms = NMERO QUNTICO SPIN

R. Caram - 14

NMERO QUNTICO PRINCIPAL - nCORRESPONDE AO PARMETRO n NA EQUAO DE BOHR REPRESENTA OS NVEIS PRINCIPAIS DE ENERGIA DE UM ELTRON E PODE SER INTERPRETADO COMO CAMADAS NO ESPAO, ONDE A PROBABILIDADE DE ENCONTRAR UM ELTRON ALTA n VARIA DE 1 A 7: QUANTO MAIOR n, MAIS DISTANTE DO NCLEO EST A CAMADA QUANTO MAIOR O VALOR DE n, MAIOR SER A ENERGIA DO ELTRON

R. Caram - 15

NMERO QUNTICO SECUNDRIO - lESTE NMERO EST ASSOCIADO A SUBCAMADAS, DENOMINADAS s, p, d e f TAIS SUBCAMADAS SO DENOMINADAS DE ORBITAIS ORBITAL: VOLUME NO ESPAO COM ALTA PROBABILIDADE DE SE ENCONTRAR UM ELTRON QUANDO: l=s, ORBITAL ESFRICO l=p, ORBITAL TEM FORMA DE UM HALTER l=d, ORBITAL TEM FORMA DE UM DUPLO HALTER l=f, ORBITAL TEM FORMA COMPLEXAR. Caram - 16

NMERO QUNTICO MAGNTICO - mlESTE NMERO EST ASSOCIADO AO COMPORTAMENTO DOS ESTADOS ENERGTICOS DE UMA SUBCAMADA, SOB AO DE UM CAMPO MAGNTICO EXTERNO ml VARIA DE -l A l O NMERO TOTAL DE VALORES DE ml (2l + 1)

R. Caram - 17

NMERO QUNTICO SPIN - mSESTE NMERO EST ASSOCIADO DIREO DE

ROTAO DE UM ELTRON EM TORNO DE SEU PRPRIO EIXO ml VARIA DE - l A l EXISTEM DUAS DIREES DE ROTAO: HORRIO: +1/2 ANTI-HORRIO: -1/2

R. Caram - 18

NMEROS QUNTICOSNMERO QUNTICO n l ml ms DESCRIO PRINCIPAL SECUNDRIO MAGNTICO SPIN POSSVEIS VALORES n=1,2,3,4,... l=0,1,2,3,4,...,n-1 l=s,p,d,f,... VALORES INTEIROS -l,(-l+1),...,0,...,(l-1),l +1/2 e -1/2

R. Caram - 19

ELTRONS POR CAMADANMERO DE ELTRONS POR CAMADA: OS TOMOS SO FORMADOS POR CAMADAS COM ALTA DENSIDADE DE ELTRONS O NMERO MXIMO DE ELTRONS POR CAMADA FUNO DOS QUATRO NMEROS QUNTICOS OU 2n2 PARA O ELEMENTO FRANCIO (Z=87), O NMERO DE CAMADAS IGUAL A 7

R. Caram - 20

ELTRONS POR CAMADANMERO DE ELTRONS n SUBCAMADAS NMERO DE ESTADOS P/ SUBCAMADA 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 POR CAMADA 2 8

1 2

s s p s p d s p d f

0 0 1 0 1 2 0 1 2 3

1 1 3 1 2 3 1 3 5 7

3

18

4

32

R. Caram - 21

DISTRIBUIO DE ELTRONSCONFIGURAO ELETRNICA EM UM TOMO DESCREVE O ARRANJO DOS ELTRONS NOS ORBITAIS CONFIGURAO ELETRNICA DADA PELA NOTAO: NMERO QUNTICO PRINCIPAL; ORBITAL s; p; d; f NDICE INDICANDO O NMERO DE ELTRONS POR ORBITAL 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 7p6

1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 6f 7s 7p 7d 7fR. Caram - 22

LIGAES QUMICASPOR QUE OS TOMOS FORMAM LIGAES ? TOMOS LIGADOS SO TERMODINAMICAMENTE MAIS ESTVEIS TOMOS LIGADOS EXIBEM DIMINUIO DA ENERGIA POTENCIAL FORMAO DE LIGAES DEPENDE DA REATIVIDADE QUMICA DOS TOMOS ENVOLVIDOS CONSTITUIO DA LTIMA CAMADA ELTRONS MAIS EXTERNOS SO OS QUE PARTICIPAM DAS LIGAES TOMOS SE LIGAM POR PERDA DE ELTRONS: ELETROPOSITIVOS POR GANHO DE ELTRONS: ELETRONEGATIVOS POR COMPARTILHAMENTO DE ELTRONSR. Caram - 23

LIGAES QUMICASLIGAES PRIMRIAS INICA; METLICA E COVALENTE LIGAES SECUNDRIAS: OCORRE A PARTIR DE FORAS ELETROSTTICAS OU DE VAN DER WALLS EFEITO DE DISPERSO; DIPOLO-DIPOLO E PONTES DE HIDROGNIOELEMENTO ELETROPOSITIVO + ELEMENTO ELETRONEGATIVO ELEMENTO ELETROPOSITIVO + ELEMENTO ELETROPOSITIVO LIGAO INICA

LIGAO METLICA

ELEMENTO ELETRONEGATIVO + ELEMENTO ELETRONEGATIVO

LIGAO COVALENTE

R. Caram - 24

LIGAES INICASELEMENTOS ELETROPOSITIVOS (METLICOS) + ELEMENTOS ELETRONEGATIVOS (NO-METLICOS) 1 TOMO PERDE ELTRONS 1 TOMO GANHA ELTRONS FORAS DE LIGAO ESTO ASSOCIADAS A FORAS DE ATRAO COULUMBIANAS ENTRE CTION E NION EXEMPLO NaCl CONFIGURAO DO Na : 1s2 2s2 2p6 3s1 CONFIGURAO DO Cl : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

R. Caram - 25

LIGAES INICASNa Cl

Antes da Reao

Na+

Cl-

Aps a Reao

R. Caram - 26

LIGAO INICA

R. Caram - 27

LIGAO COVALENTEELEMENTOS ELETRONEGATIVOS (NO-METLICOS) + ELEMENTOS ELETRONEGATIVOS (NO-METLICOS) LIGAO ENTRE TOMOS COM PEQUENA DIFERENA DE ELETRONEGATIVIDADE PR-REQUISITO PARA FORMAO DAS LIGAES: EXISTNCIA DE PELO MENOS 1 ORBITAL PARCIALMENTE PREENCHIDO LIGAO COVALENTE ENTRE TOMOS DE HIDROGNIO CASO MAIS SIMPLES: DOIS TOMOS H CEDEM SEUS ELTRONS 1s1 PARA FORMAR LIGAO COVALENTE H+H H :H LIGAO COVALENTE NA MOLCULA DE H2 MOSTRANDO DISTRIBUIO DE ELTRON

R. Caram - 28

LIGAES COVALENTESCl Cl

Antes da Reao

Aps a Reao

R. Caram - 29

LIGAES COVALENTESLIGAES COVALENTE DO CARBONO CARBONO NO ESTADO FUNDAMENTAL: 1s2 2s2 2p2 INDICAO QUE SO POSSVEIS DUAS LIGAES COVALENTES DOIS ORBITAIS 2p INCOMPLETOS QUATRO LIGAES COVALENTES SO POSSVEIS HIBRIDAO: 1 ORBITAL 2s PROMOVIDO PARA ORBITAL 2p FORMAO DE QUATRO ORBITAIS HBRIDOS sp3 ORBITAIS HBRIDOS sp3 SO ARRANJADOS DE FORMA SIMTRICA, NOS VRTICES DE UM TETRAEDRO REGULAR

R. Caram - 30

LIGAES COVALENTES

R. Caram - 31

LIGAES METLICASLIGAES METLICAS ELEMENTOS ELETROPOSITIVOS (METLICOS) + ELEMENTOS ELETROPOSITIVOS (METLICOS) OCORREM EM METAIS SLIDOS, ARRANJO ATMICO BASTANTE COMPACTO, ELTRONS DE VALNCIA SO ATRAIDOS POR NCLEOS VIZINHOS FORMAO DE NUVENS ELETRNICAS

R. Caram - 32

LIGAES METLICAS

R. Caram - 33

LIGAES METLICAS

R. Caram - 34

LIGAES FRACASPONTES DE HIDROGNIO NCLEO DE H (PRTON) ATRADO POR ELTRONS NO COMPARTILHADOS DE OUTRA MOLCULA+ H + H O H

O + H

-

+

-

O + H

-

+ H

R. Caram - 35

GUAMOLCULA DE GUA: OXIGNIO: 1s2 2s2 2p4 HIDROGNIO: 1s2

104o

R. Caram - 36

LIGAES FRACASDIPOLO PERMANENTE MOLCULAS ASSIMTRICAS: PAR ELETRNICO DESLOCA-SE DEVIDO ASIMETRIA, FORMANDO D