Materiais e suas propriedades
-
Upload
tarcisio-candido -
Category
Documents
-
view
26 -
download
2
description
Transcript of Materiais e suas propriedades
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
BC 1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADAS
Prof. Dr. Renata Ayres Rocha
Classificação dos materiais em função das ligações químicas
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
PolímerosMetais
Cerâmicas
TIPOS DE MATERIAIS
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
• Dúctil
• Alta densidade
• Elevada dureza
• Condutividade térmica e elétrica
• Temperatura de fusão relativamente elevada
Ligações metálicas
TIPOS DE MATERIAISMateriais metálicos
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
• Baixa densidade
• Isolantes térmicos e elétricos
• Temperatura de fusão relativamente baixa
• Resistência mecânica relativamente baixa
Ligações covalentes(primárias e secundárias)
TIPOS DE MATERIAISMateriais poliméricos
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
• Frágil
• Elevada dureza
• Boa refratariedade
• Isolantes térmicos e elétricos
TIPOS DE MATERIAISMateriais cerâmicos
Ligações iônicas e/ou covalentes
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
Os elementos químicos são classificados de acordo com a sua configuração eletrônica
ELEMENTOS QUÍMICOS - TABELA PERIÓDICA
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADAS
Cada elétron em um átomo é caracterizado por quatro parâmetros → os números quânticos.
Não existem dois elétrons com os mesmos números quânticos
NÚMEROS QUÂNTICOS E CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
▸ Número Quântico Principal (n)
Subníveis em cada camada (número quântico secundário)
Ocupação dos elétrons
K (n=1)
L (n=2)
M (n=3)
N (n=4)
O (n=5)
P (n =6)
Q (n=7)
NÚMEROS QUÂNTICOS E CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
Representação esquemática das energias
relativas para várias camadas e subcamadas
NÚMEROS QUÂNTICOS E CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
▸ Número Quântico Orbital ou Secundário ( l )
Orbital s (número quântico secundário = 0)
Orbital p (número quântico secundário = 1)
Orbital d (número quântico secundário = 2)
NÚMEROS QUÂNTICOS E CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADAS
NÚMEROS QUÂNTICOS E CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADAS
ELEMENTOS QUÍMICOS - TABELA PERIÓDICA
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
0
-1 +10
-2 0-1 +1 +2
-1-2 0 +1 +2 +3
Subnível s
Subnível p
Subnível d
Subnível f-3
▸ Número Quântico Orbital magnético ( ml )
NÚMEROS QUÂNTICOS E CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
+1/2 ou -1/2
▸ Número Quântico de Spin (ms)
NÚMEROS QUÂNTICOS E CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
NÚMEROS QUÂNTICOS E CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
Configuração Eletrônica do Átomo de Sódio
NÚMEROS QUÂNTICOS E CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
Elétrons de ValênciaSão aqueles que ocupam a
camada eletrônica mais externa.
Configurações Eletrônicas EstáveisAs camadas eletrônicas
mais externas estão completamente preenchidas.
Elétron de valência do sódio
NÚMEROS QUÂNTICOS E CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
Os elementos se ligam para formar os sólidos para atingir uma configuração mais estável: oito elétrons na camada mais externa.
A ligação química é formada pela interação dos elétrons de valência através de um dos seguintes mecanismos:
- Ganho de elétrons - Perda de elétrons - Compartilhamento de elétrons
LIGAÇÕES QUÍMICAS EM MATERIAIS SÓLIDOS
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
Quais as ligações químicas primárias (entre os átomos) ?
– Iônica: forte e não direcional (grande diferença de eletronegatividade). Os íons se comportam como esferas.
– Metálica: fraca e não direcional (nenhuma diferença de eletronegatividade e elétrons não localizados). Os átomos se comportam como esferas.
– Covalente: muito forte e direcional ( pequena ou nenhumadiferença de eletronegatividade e elétrons localizados). A direção de ligação é dada pela direção dos orbitais.
LIGAÇÕES QUÍMICAS EM MATERIAIS SÓLIDOS
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
METAIS – LIGAÇÕES METÁLICASMetais na tabela periódica
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
Átomos dos metais possuem de um a três elétrons de valência.
A ligação resultante é não-direcional.
Os elétrons de valência passam a se comportar como elétrons “livres” :
Apresentam a mesma probabilidade de se associar a um grande número de átomos vizinhos.
Formam uma “nuvem eletrônica” .
METAIS – LIGAÇÕES METÁLICAS
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
Ilustração esquemática da ligação metálica
METAIS – LIGAÇÕES METÁLICAS
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
POLÍMEROS – LIGAÇÕES COVALENTESPolímeros na tabela periódica
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
▸ Envolve o compartilhamento dos elétrons de valência de átomos adjacentes.
▸ A ligação resultante é altamente direcional.▸ Menor diferença de eletronegatividade entre os elementos do
que o observado em ligações iônicas.
O = 3,5Si = 1,8DE = 1,7
Caráter iônico-covalente
Representação esquemática da ligação covalente na sílica (SiO2 )
Ligações Primárias - Ligação Covalente
POLÍMEROS e CERÂMICAS – LIGAÇÕES COVALENTES
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
Representação esquemática da ligação covalente na molécula
de metano ( CH4 )
C = 2,5H = 2,1DE = 0,4
Forte carátercovalente
Ligações Primárias - Ligação Covalente
POLÍMEROS e CERÂMICAS – LIGAÇÕES COVALENTES
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
Modelo do Orbital Molecular → uma ligação é formada pela interpenetração de um orbital semi-cheio do átomo A com um orbital semi-cheio do átomo B.
Ligações Primárias - Ligação Covalente
POLÍMEROS e CERÂMICAS – LIGAÇÕES COVALENTES
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
Ocorrem atrações entre dipolos gerados pela assimetria de cargas.
O mecanismo dessas ligações é similar ao das ligações iônicas, porém não existem elétrons transferidos.
Ligações Secundárias ou de Van der Waals
POLÍMEROS – LIGAÇÕES QUÍMICAS
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
Ligações de Van der Waals no PVC(entre duas moléculas distintas)
Ligações Secundárias ou de Van der Waals
As ligações dipolares podem ser entre:
dipolos permanentes.dipolos permanentes e induzidos.dipolos induzidos flutuantes.
POLÍMEROS – LIGAÇÕES QUÍMICAS
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
Dipolos Induzidos Flutuantes
Dipolo MolecularPermanente
Ligações Secundárias ou de Van der Waals
POLÍMEROS – LIGAÇÕES QUÍMICAS
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
▸ É um caso especial de ligação entre moléculas polares.▸ É o tipo de ligação secundária mais forte.▸ Ocorre entre moléculas em que o H está ligado covalentemente
ao flúor (como no HF), ao oxigênio (como na água) ou ao nitrogênio (por exemplo, NH3).
Ligações Secundárias ou de Van der Waals
Ligações do hidrogênio
POLÍMEROS – LIGAÇÕES QUÍMICAS
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
Ligação de hidrogênio na molécula da água
Ligação de hidrogênio no HF
Ligações Secundárias ou de Van der Waals Ligações do hidrogênioPOLÍMEROS – LIGAÇÕES QUÍMICAS
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
Ligações Secundárias ou de Van der Waals
(a) Dipolo permanente da molécula de água;
(b) Ligação de hidrogênio entre moléculas de água (atração entre dipolos permanentes).
Ligações do hidrogênioPOLÍMEROS – LIGAÇÕES QUÍMICAS
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
CERÂMICAS – LIGAÇÕES COVALENTES E LIGAÇÕES IÔNICASCerâmicas na tabela periódica
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
Envolve a transferência de elétrons de um átomo para outro.A ligação é não-direcional.Grande diferença de eletronegatividade entre os elementos:
Na = 0,9 ; Cl = 3,0A ligação iônica resulta da atração eletrostática entre dois íons de
cargas opostas.
CERÂMICAS – LIGAÇÕES IÔNICAS
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
Exemplo: Cloreto de sódio → tanto o cátion Na+ quanto o ânion Cl - ficam
com seus orbitais externos completos.
Ligações Primárias - Ligação Iônica
CERÂMICAS – LIGAÇÕES IÔNICAS
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
• Forças de atração Coulombianas (variam com o quadrado do inverso da distância interatômica).
Ligações Primárias - Ligação Iônica
CERÂMICAS – LIGAÇÕES IÔNICAS
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
• Eletronegatividade → “poder que um átomo tem de atrair elétrons para si”
Maior “facilidade” emceder elétrons
= CÁTIONS
Maior facilidade emganhar elétrons
= ÂNIONS
Inertes – Gases Nobres
ELETRONEGATIVIDADE
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
Escala de Eletronegatividade de Pauling
ELETRONEGATIVIDADE
BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES
CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADASB
C11
05 –
Mat
eria
is e
Sua
s Pr
oprie
dade
s –
Prof
. Ren
ata
Ayre
s R
ocha
– 2
.201
5
ELETRONEGATIVIDADEPolaridade das ligações químicas
Relacionada com a diferença de eletronegatividade:
∆E > 1,7 – ligação iônica
∆E < 1,7 – ligação covalente polar
∆E = O – ligação covalente apolar
Fração de caráter iônico
% caráter iônico = (1 – e0,25(XA – XB)2) x 100%
XA e XB correspondem aos valores de eletronegatividade dos elementos envolvidos nas ligações