A3 – Ligação atómica

Ligações químicas fortes (primárias) são formadas quando electrões das orbitais exteriores são

transferidos ou partilhados entre átomos. Ligações secundárias mais fracas resultam da atracção mais subtil entre cargas positivas e negativas sem haver

transferência ou partilha de electrões

Estrutura à escala atómicaEmbora as propriedades dos materiais dependam de todos os níveis da estrutura, muitas propiedades são sódeterminadas pela estrutura à escala atómica:

• tipo de átomos presentes• tipos de ligação entre os átomos• o modo como os átomos estão empacotados

Ligação iónica

A transferência de um electrão do Na para o Cl produz iões estáveis Na+ e Cl-

A ligação resulta da atracção electrostática entre as cargas de sinal oposto

→ A ligação iónica é não-direccional

O empilhamento regular dosiões Na+ e Cl- no NaCl sólido éindicativo na natureza não-direccionalda ligação iónica

Transferência electrónica do átomo electropositivo para o átomo electronegativo

Ligação iónica

∝ 1/a2

∝ e-a/ρ

A força coulombiana domina para valores mais altos de a, e a força repulsiva para valores baixos de a

Long range

Short range

F=dE/da

As posições estáveiscorrespondem a ummínimo de energia→é necessário fornecer energiaao sistema (p.e., por aplicaçãode uma tensão mecânica) paramover os iões das suasposições de equilíbrio

a0 = rNa+ +r Cl-

Número de coordenação

Quanto maior o catião central, mais aniões podem ser empacotados em torno deste

tetraedros

octaedros

Os poliedros tendem a estar ligados pelos cantos (e não pelas arestas ou faces) → A4

Número de coordenaçãoPara compostos iónicos, o número de coordenaçãodo ião mais pequeno pode ser calculado considerando o maior número de iões maiores(com carga oposta) que podem estar emcontacto com o ião mais pequeno

O maior número de iões de raio R que podemcoordenar um ião de raio r quando r/R = 0.2→ o número de coordenação NC=3

A mínima relação de raios r/R que podeproduzir NC=3 é 0.155

Número de coordenação

Ligação covalente

Ao contrário da ligaçãoiónica, a ligação covalentetem uma natureza altamente direccional

A densidade electrónicaestá concentrada ao longoda linha que une os doisátomos de cloro

Partilha de electrões entre elementos electronegativos

Ligação covalente e ligação secundária

As ligações covalentes, fortes, são indicadas pelo traço entre o C e C e C e H. Entre as cadeias,existem ligações secundárias fracas.

Diamond

O diamante tem uma ligação covalente entre pares de átomos de carbono adjacentes

De notar que r/R=1, mas NC=4, e não 12 – o número de coordenação é determinadopela hibridização sp3

O diamante tem dureza elevada, e ponto de fusão acima de 3500ºC

SiO44-

O tetraedro SiO44- é a unidade estrutural básica em silicatos minerais e muitos

cerâmicos e vidros comerciais

o Si pertence ao grupo IVa e forma muitoscompostos com NC=4

a unidade SiO44- mantém esta configuração

mas simultaneamente, tem forte carácteriónico

rSi4+/rO2-=0.039 nm/0.132 nm=0.295 produzeficiência máxima de coordenação iónica com CN=4

A ligação Si-O é aproximadamente ½ iónica (transferência de electrão) e ½covalente (partilha de electrões)

Bond energy

Ligação metálica

Ligação metálica envolve partilha de electrões e é não-direccional

Os electrões de valência estão deslocalizados, e a nuvem (gás) de electrõesestá associada a todo o material

Este gás móvel de electrões é a base da condutividade eléctrica nos metais

Elementos electropositivos com 3 ou menos electrões de valência

Influência do tipo de ligação em propriedades de engenharia

Sólido iónico

Metal

As forças repulsivasfortes levam àformação de cracks

a nuvem electrónicablinda os núcleosatómicos e forçasrepulsivas não sãocriadas

Ligações secundárias ou de van der Waals

Ligações químicas (mais fracas doque as ligações primárias) sem transferência ou partilha de electrões

O mecanismo está baseado na atracção de distribuições de cargas:dipolo permanente-dipolo permanentedipolo permanente-dipolo induzidodipolo instantâneo-dipolo induzido

Um outro mecanismo é o da formaçãode “pontes de hidrogénio”

As forças das ligações atómicas

A classificação dos materiais por tipo de ligação química interatómica