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Materiais e Reciclagem

2 – Classificação de Materiais e Atomística Aplicada à Materiais

Professor Sandro Donnini Mancini

Sorocaba, Fevereiro de 2018

Instituto de Ciência e Tecnologia de Sorocaba

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS

Várias classificações são possíveis.

Metais

Cerâmicas

Polímeros

Compósitos

Semi-Condutores

A mais comum, divide os materiais em:

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2

De modo geral, após o beneficiamento dos minérios

(normalmente óxidos), são isolados os materiais metálicos.

Metais

Cerâmicas

Polímeros

Compósitos

Semi-Condutores

Exemplos: cobre, alumínio, ferro, aço...

http://heartjoia.com/2987-metais

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Os materiais cerâmicos normalmente são os próprios óxidos,

que possuem a propriedade de, com calor e/ou com a adição de

determinados elementos, serem moldados e transformados em

produtos úteis.

Metais

Cerâmicas

Polímeros

Compósitos

Sem-Condutores

Exemplos: cimento, vidro, tijolos...

http://www.osamigosdaonca.com.br/2011/08/cimento-sobe-de-r-18-para-r-24-no-rn.html

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3

Os materiais poliméricos são normalmente longas moléculas de

hidrocarbonetos com ou sem heteroátomos, cuja principal

fonte é a nafta proveniente da destilação do petróleo.

Metais

Cerâmicas

Polímeros

Compósitos

Semi-Condutores

Exemplos: polietilenos, polipropileno, policloreto de vinila...

http://www.alunosonline.com.br/quimica/polimeros-naturais-e-artificiais-.html

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Os materiais compósitos são materiais multifásicos que exibem

uma proporção significativa das propriedades de ambas as

fases que o constituem, de tal modo que é obtida uma melhor

combinação de propriedades. Caracterizados por matrizes

reforçadas.

Metais

Cerâmicas

Polímeros

Compósitos

Semi-Condutores

Exemplos: concreto armado, epóxi com fibra de vidro...

www.cciviles.blogspot.com

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4

Os materiais semi-condutores são materiais que possuem

propriedades de condução elétrica intermediária entre os

condutores (metais) e isolantes (cerâmicas e polímeros) e que

podem ser controladas com precisão em áreas bem pequenas.

Metais

Cerâmicas

Polímeros

Compósitos

Semi-Condutores

Exemplos: silício, germânio, arseneto de gálio...

http://informatica.hsw.uol.com.br/semicondutores.htm

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Classificação de Materiais

≠

Classificação dos Elementos

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http://www.infoescola.com/quimica/tabela-periodica/

Metais – perdem elétrons facilmente (eletropositivos)

bons condutores

Semi-metais – B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po – não apresentam eletronegatividade

ou eletropositividade elevadas

Propriedades intermediárias

Não metais – eletronegativos, maus condutores

Classificação da Tabela Periódica dos Elementos em Metais, Semi-metais ouNão Metais

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ESTRUTURA ATÔMICA

DaltonThompsonEinstein

RutherfordBohr

de BroglieHeinsenbergSchrodinger

PauliHund

Pauling

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LIGAÇÃO COVALENTE - direcional

Elétrons são partilhados entre dois átomos com pelo menos um dos orbitaissemi-preenchidos. A partilha é baseada na superposição dos orbitais (a qualocorre em determinados ângulos), o que confere caráter direcional àligação. Fazem ligação covalente os não metais.

Carbono – 1s2 2s22p2 – só duas ligações

hibridação (sp)3 – permite quatro ligações uma vez que estas constituemconfiguração de menor energia.

http://www.sixthsense.osfc.ac.uk

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LIGAÇÃO IÔNICA – não direcional

Átomos suficientemente eletropositivos (metais) aproximam-se de átomossuficientemente eletronegativos (não metais) e os primeiros perdemelétrons para os últimos. Porém, ambos têm que permanecer próximos paramanter a relação de troca, segundo uma distância ótima. O número de íonsque se acomodam depende de fatores geométricos e neutralidade elétrica.

http://www.colegioweb.com.br/quimica/acetona.html

LIGAÇÃO METÁLICA – não direcional

Pode ocorrer somente entre um grande agregado de átomos,essencialmente metais, e não mais entre poucos átomos como no caso daligação covalente e iônica.

Se um átomo apresenta poucos elétrons de valência, estes podem serremovidos com relativa facilidade, enquanto os outros são mais firmementeligados ao núcleo (“caroço iônico” + elétrons livres).

A ligação metálica constitui-se no encontro de duas nuvens que, como sãomóveis, dão caráter não-direcional à ligação.

http://www.qieducacao.com/2011/04/ligacao-metalica-ligacao-metalica.html

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LIGAÇÕES SECUNDÁRIAS

Em situações de estabilidade, nenhum tipo de ligação primária (covalente,iônica ou metálica) pode se efetivar pois requerem ajustamento noselétrons de valência. Ocorrem então as ligações secundárias (envolvemenergias de ligação menores que as primárias).

Van der Walls (dipolo instantâneo e induzido) – podem se originar dipoloselétricos pelo movimento dos elétrons e/ou por influência de dipolospermanentes. Por um dos motivos, há um pouco mais de elétrons de um ladodo núcleo do que de outro, de modo que as resultantes positiva e negativanão coincidam, formando uma polarização fraca. Devido a essa atração, osgases nobres ou mesmo os inertes podem se condensar em baixastemperaturas. Ligação não-direcional.

Dipolo permanente – átomos próximos se atraem pela diferença deeletronegatividade. Ligação direcional. Exemplo: Nylon, PET, PVC...

Ponte de Hidrogênio – caso típico de dipolo permanente onde o pólo positivoé o hidrogênio e o negativo apresenta eletronegatividade relativamentealta. Ligação direcional. Exemplo: água.

Energias de Ligação (“forças” de ligação)

Iônica – 150-370 kcal/mol

Covalente – 125-300 kcal/mol

Metálica – 25-200 kcal/mol

Secundárias - < 10 kcal/mol

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http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/daniela/materiais/aula_2__ligacoes_quimicas.pdf

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Metais

Cerâmicas

Polímeros

Compósitos

Semi-Condutores

Ligação Metálica

Ligação Iônica / Covalente

Ligação Covalente e van der Waals

Depende da matriz e do reforço

Ligação Iônica / Covalente

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Sólidos são átomos arranjados de acordo com a força edirecionalidade (quando existente) das ligaçõesinteratômicas.

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Cerâmicos e Semicondutores – Sólidos Iônicos ou Covalentes?

≠ de eletronegatividade (ΔE) ↑ caráter iônico

Fração Covalente = e-0,25ΔE

Fração Iônica = 1 – Fração Covalente

www.feng.pucrs.br/.../Materiais%20Ceramicos/

Geralmente : ↑ Caráter covalente ↑ temperatura de fusão ↑ dureza

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Materiais formados por só um elemento químico:

�Átomos com pequena valência (1, 2, 3) – ligação metálica;

�Átomos com valência maior – ligação covalente.