Profa. Liliane de Souza - 20101 Universidade Paulista – UNIP Curso de Engenharia Notas de Aula-02:...

Profa. Liliane de Souza - 2010 1

Universidade Paulista – UNIP Curso de Engenharia

Notas de Aula-02: Ciências dos Materiais

Conteúdo 01 (cont.) • Propriedades Mecânicas • Propriedades Térmica• Propriedades Elétrica

Conteúdo 02 – Interações Atômicas• Ligações Químicas• Raio atômico e iônico• Número de coordenação

Calor, temperatura, CapacidadeTérmica (calor específico)

Condutividade (cal.cm)/(oC.s.cm2)

Resistividade (ohm.cm)Capacidade (Faraday)



PROPRIEDADES MECÂNICAS:Determinam a capacidade que o material tem para transmitir ou resistir a esforços que lhe são aplicados.

Resistência Mecânica

Elasticidade

Dureza

Fluência

Ductilidade

Tenacidade

Tensão: lbf/in2 (psi) ; kgf/cm2; kgf/mm2

Sistema Inglês de Engenharia:

1ft = 0,305 m1ft = 12 in 1 lbf = 32,174 lbm ft/s2 (Força)



Ref. Fig.1: http://www.exatec.unisinos.br/~fortis/arquivos/Aula10_EnsaioDeTracao.doc

Figura 1



PROPRIEDADES MECÂNICAS:

1- Elasticidade: δ= Tensão/deformação (kgf/mm2); (psi)

2- Ductilidade

*Referência Fig. 2: http://java.cimm.com.br/cimm/construtordepaginas/htm/3_24_6926.htm

Um material dúctil é aquele que pode ser alongado, flexionado ou torcido, sem se romper. Ele admite deformação plástica permanente, após a deformação elástica. É a deformação plástica total!O ponto de escoamento determina a transição entre as fases elástica e plástica (com ou sem patamar na curva).

Um material frágil rompe-se facilmente, ainda na fase elástica. . Na curva da Fig.1c e 1d, a ruptura se situa na fase elástica ou imediatamente ao fim desta, não havendo fase plástica mensurável!

Figura 2*



Tensão

Deformação é a deformação linear média

Deformação

)(

arg

inicialárea

ac

lo

lol

Um aço tem um módulo de elasticidade de 21x103 kgf/mm2

Se uma barra de 3m deste aço de 1,25 cm de diâmetro for tracionada com uma carga de 6500 kgf qual a deformação?

EXEMPLO:

Ref. Fig.2: http://www.exatec.unisinos.br/~fortis/arquivos/Aula10_EnsaioDeTracao.doc

Figura 21. ELASTICIDADE

E= tensão/deform



3. Fluência:Deformação lenta causada portensões inferiores ao limite de escoamento convencional!

Deformação plástica

2. Ductilidade:Deformação de comprimento na fratura elongação Redução de área na fratura estricção

4.Tenacidade:é a medida da ENERGIAnecessária para romper o material.

5. Dureza:é a resistência do material apenetração de um corpo definido



ESTRUTURA DOS MATERIAIS

Ref. Fig.3: Prof. Ricardo Aparicio - IQ/Unicamp - 1s/2009

Modelos de Estrutura AtômicaFigura 3



Atrativa

Repulsiva Magnitude: distância entre os átomos

Na Cl

Ligação Atômica

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Materiais sólidos: interação com muitos átomos. Resistência mecânica: aumenta com a força máxima e com o

aumento da energia de ligação (aumento da profundidade do poço da curva de energia de ligação. Pontos de fusão e de ebulição: aumentam com o aumento da energia de ligação.

Coeficiente de expansão térmica: diminui com o aumento da energia de ligação.

Estados da matéria: EL sólido > EL líquido > EL gás

Tipo de ligação: assim como o material, o tipo de ligação influencia na magnitude da energia de ligação e na forma da curva E x r.

CONSEQUÊNCIAS*

*Referência: www.dec.feis.unesp.br/sao/ciencias_materiais_2.ppt

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Ligação Atômica*

Ligações Iônicas

- elementos metálicos com não metálicos (extremidades da tabela)

- envolve a transferência de elétrons de um átomo para outro, sendo assim que adquirem cargas, ou seja, se tornam íons.

Exemplo: Na: Z = 11 Cl: Z = 17

*Referência: www.dec.feis.unesp.br/sao/ciencias_materiais_2.ppt:

http://www.dec.feis.unesp.br/sao/ciencias_materiais_2.ppt






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Ligação Atômica Ligação Covalente

– compartilhamento dos elétrons de valência de dois átomos adjacentes

– é típica de polímeros, sendo a estrutura molecular básica uma longa cadeia de átomos de C ligados entre si por ligação covalente através de duas das quatro ligações disponíveis em cada átomo, as duas restantes são compartilhadas com outros átomos. Representação esquemática da

ligação covalente na moléculaDe metano ( CH4 )

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Ligação Atômica nos Sólidos Ligações Iônicas

– no cloreto de sódio, todo sódio e todo cloro existem como ions, como ilustra a figura.

– é a ligação predominante nos materiais cerâmicos

– as energias de ligação são relativamente altas (600 a 1500kJ/mol ou 3 a 8 eV/átomo)

– Temperatura de fusão elevada

– os materiais são duros e quebradiços

– bons isolantes térmicos e elétricos

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Ligação Atômica Ligações Iônicas

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Ligação Atômica Ligação Covalente

– Diamante (Tf = 3550oC)

– Bismuto (Tf = 270oC)

– Normalmente as ligações interatômicas são parcialmente iônicas e parcialmente covalentes, poucos compostos exibem ligações com caráter que seja exclusivamente iônico ou covalente;

– Quanto maior for a diferença entre as eletronegatividades mais iônica será a ligação. De modo contrário, quanto menor for a diferença de eletronegatividade maior será o grau de covalência.

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Ligação Atômica nos Sólidos Ligação Metálica

– elementos metálicos possuem de um a três elétrons de valência

– os elétrons de valência não estão ligados a um único átomo, mas estão mais ou menos livres para de movimentar por todo o metal - nuvem eletrônica

– os núcleos e os elétrons restantes formam o núcleo iônico carregados positivamente

– os elétrons livres protegem os núcleos iônicos das forças repulsivas (“cola”)

– bons condutores elétricos e térmicos devido aos elétrons livres

– ruptura dúctil na temperatura ambiente

Ilustração esquemática da ligação metálica

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Ligação Atômica nos Sólidos• Ligações Secundárias: forças Van der Waals

Ou ligações físicas, são fracas em relação às primárias ou químicas (Energia de ligação 10 kJ/mol ou 0,1 eV/átomo)

Ocorrem atrações entre dipolos gerados pela assimetria de cargas.

Ocorrem entre dipolos induzidos, entre dipolos induzidos e moléculas polares (que possuem dipolos permanentes) e entre moléculas polares.

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Ligação Atômica nos SólidosLigações Secundárias: Dipolo Induzido Flutuantes

Um dipolo pode ser criado ou induzido num átomo ou molécula que seja normalmente simétrico, isto é a distribuição espacial dos elétrons é simétrica em relação ao núcleo. Todos os átomos apresentam constantes movimentos vibracionais, que podem causar distorções instantâneas e de cura duração com a conseqüente criação de pequenos dipolos elétricos.

As temperatura de fusão e ebulição são extremamente baixas, dentro todos os tipos de ligações possíveis essas são as mais fracas.

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Ligação Atômica nos Sólidos• Ligações Secundárias ou de Van der Waals

Ligações entre Molécula Polares e Dipolo Induzido

Momentos dipolo permanentes existem em algumas moléculas em virtude de um arranjo assimétrico, tais moléculas são chamada de moléculas polares.

As moléculas polares podem induzir dipolos em moléculas apolares adjacentes, desse modo se forma uma ligação.

A magnitude dessa ligação será maior que será maior que a de dipolo induzido.

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Ligação Atômica nos Sólidos• Ligações Secundárias ou de Van der Waals

Ligações Dipolo Permanentes

Força de Van der Waals existentes entre moléculas polares adjacentes.

A magnitude dessa ligação será significativamente maior que as ligações envolvendo dipolo induzido.

Ligação de hidrogênio é o tipo mais forte de ligação secundária. Ocorre entre moléculas nas quais o H está ligado covalentemente ao F (HF), ao O (H2O) e ao N (NH3).

Forma uma ponte de hidrogênio com magnitude de ligação maior que para os outros tipos de ligação secundária.



COORDENAÇÃO ATÔMICA

Distância interatômica Raio Atômico e IônicoNo Coordenação



No Coordenação – NC: número de vizinhos mais próximos de um dado átomo emuma dada estrutura espacial

EMPACOTAMENTOS

Estruturas cristalinas

Estruturas amorfas

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