cm capítulo 2

7/22/2019 CM Captulo 2

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CAPTULO 2 -

ESTRUTURA ATMICA

Cincia dos Materiais - DEMAT - EE - UFRGS

Prof. C. P. BergmannDEMAT - EEUFRGS -2014


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2. ESTRUTURA ATMICA

2-1 INTRODUO

2-2 CONCEITOS ELEMENTARES

2-3 A ESTRUTURA DOS TOMOS2-4 A ESTRUTURA ELETRNICA DOS TOMOS

2-5 LIGAES PRIMRIAS FORTES ENTRE TOMOS

2-6 LIGAES SECUNDRIAS

2-7 RESUMO DAS LIGAES

2-8 COMPRIMENTO, FORA E ENERGIA DE LIGAO

2-9 EXERCCIOS



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2-1 INTRODUOCincia dos Materiais - DEMAT - EE - UFRGS

antes de entender fenmenos que determinam propriedades nos materiais a partir da MICROESTRUTURA

deve-se primeiramente entender a ESTRUTURA ATMICA (e ESTRUTURA CRISTALINA) dos materiais

porque estas definem algumas de suas propriedades de interesse em ENGENHARIA

ESTRUTURA PROPRIEDADES

CINCIA DOS MATERIAIS

ESTRUTURA ATMICAESTRUTURA CRISTALINAMICROESTRUTURA

O que promove as ligaes?

Quais so tipos de ligaes existem?

O tipo de ligao interfere em quais propriedades do material?

IMPORTNCIA: A estrutura atmica dos tomos determina anatureza das ligaes atmicas e define propriedades nosmateriais.

Propriedades: fsicas, pticas, eltricas, mecnicas,trmicas

Ordem de grandeza da estrutura atmica10-15a 10-10m


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2-2 CONCEITOS ELEMENTARESPor que os elementos no se decompem formando novos elementos?Por que as substncias se decompem formando novas substncias?Por que o nmero de elementos pequeno comparado ao nmero de substncias?

Surgimento de TEORIAS ATMICAS:


JOHN DALTON 1803-1808

J.J. THOMPSON (1887)

- tomo (indivisvel de Demcrito!) e guardando sua identidade qumica;

- igual em todas as suas propriedades: tomos de elementos possuem propriedades fsicas e qumicas diferentes;

- substncia formada pela combinao de dois ou mais tomos

RUTHERFORD (1911)

- tomo de Dalton no explicava fenmenos eltricos (raios catdicos = e-);- modelo do pudim de passas: uma esfera positiva com e-na superfcie;- Eugene Goldstein sups o prton contrariando a teoria de Thomson.

- dando um tiro em uma caixa fechada, se a bala passar, ela est vazia, ou tem um material pouco consistente dentro.

- experimento: partculas alfa contra uma fina lmina de ouro (0,0001 cm - dez mil tomos) a grande maioria das partculasatravessava a lmina, 1 para cada 10.000 ricocheteavam(!): tamanho do tomo 10.000 vezes maior que o tamanho do ncleo).

- o tomo no macio (muitos espaos vazios): ncleo - cargas positivas; - eletrosfera: e-(1836 vezes mais leves quep+);

- no explica os espectros atmicos!


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2-4 ESTRUTURA ELETRNICA DOS TOMOS

2.4.1 Nmeros qunticosNMERO QUNTICO PRINCIPAL (n):representa os nveis principais de energia para o eltron, pode serimaginado como uma camada no espao onde a probabilidade de encontrar um eltron com valor particularde n muito alta.NMERO QUNTICO SECUNDRIO (l):especifica subnveis de energia dentro de um nvel de energia, tambm especifica umasubcamada onde a probabilidade de se encontrar o eltron bastante elevada. l = 0 1 2 3 ou l= s p d f.


NMERO QUNTICO MAGNTICO (ml):especifica a orientao espacial de um orbital atmico e tem pouco efeito na energia doeltron. Genericamente: m= 2l+ 1.

NMERO QUNTICO DO SPIN DO ELTRON (ms):especifica as duas condies permitidas para um eltron girar em torno de

seu prprio eixo. As direes so no sentido horrio e anti-horrio: + 1/2 e -1/2.


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2-4 ESTRUTURA ELETRNICA DOS TOMOS2.4.2 Configurao eletrnica dos elementos

CONFIGURAO ELETRNICA: descreve o modo com o qual os eltrons esto arranjados nos orbitais do tomo. A configurao escrita por meio de uma notao convencional: lista o n quntico principal, seguido pela letra do orbital, e o ndice

sobrescrito acima da letra do orbital. Exemplo de configurao eletrnica: 1s22s22p6 3s23p64s23d104p65s2 Sr


VALNCIA: definida a partir da ltima camada no completa. A camada de valncia a camada mais afastada do ncleo.

Est relacionada com a capacidade de umtomo em se combinar quimicamente comoutros elementos para obter a estabilidade de8 (ou 2) eltrons na ltima camada.


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LIGAO INICA: Os eltrons de valncia so transferidos entre tomos produzindo onsForma-se com tomos de diferentes eletronegatividades (alta e baixa)Elementos menos eletronegativos: cedeme- formam ctionctions

Elementos mais eletronegativos: recebeme-formam nionsA ligao inica no direcional, a atrao mtua em todas as direesA ligao forte= 150-300 Kcal/mol (por isso o PF dos materiais com esse tipo de ligao geralmente alto)

2-5 LIGAES PRIMRIAS FORTES ENTRE TOMOCincia dos Materiais - DEMAT - EE - UFRGS

Propriedades de compostos inicos

Os ons em um slido inico so ordenados na rede, formando uma forte atrao eltrica entre elesSais e xidos metlicos so tipicamente compostos inicos.A forte ligao responsvel por:

-Elevada dureza (e frgil)-Elevado pontos de fuso e ebulio-Cristalinos slidos a Tambiente-Podem ser solveis em gua

Os cristais inicos no conduzem eletricidade a baixas temperaturas: os ons no esto livres transportar correnteeltrica. Compostos inicos fundidos ou dissolvidos em gua sero condutores de eletricidade, pois os ons podemmover-se na estrutura.


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INICA COVALENTE METLICA SECUNDRIAS

- Muito poucos compostos exibem ligao inica e covalentepuras.- A maioria das ligaes inicas tem um certo grau de ligaocovalente e viceversa: transferem e compartilham e-.

- O grau do tipo de ligao depende da eletronegatividadedos tomos constituintes.- Muitos cermicos e semicondutores so formados pormetais e no-metais, e so na verdade uma mistura deligaes inicas e covalente.- Quanto maior a diferena de eletronegatividade entre ostomos aumenta o carter inico.- O carter inico aumenta em elementos com distribuioeletrnica de final sp

FC = exp(-0,25 E2) onde E a diferena naseletronegatividades dos tomos

Ex: SiO2 ESi= 1,8 EO= 3,5Frao covalente FC = 0,486= 48,6%FI = 1 - FC

FI: frao inica

FRAO COVALENTE

2-7 RESUMO DAS LIGAES


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2-8 FORAS E DISTNCIAS INTERATMICAS2.8.2 Energia de ligao



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