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Aycvacv
Cacbdahc
Ligações Químicase Materiais.
PROFESSORA: Shaiala Aquino
Faculdade de Tecnologia e Ciências – FTCColegiado de Engenharia CivilQuímica Geral
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Ligações Químicas
São forças que unem átomos formandos moléculas, agrupamentos de átomos ou sólidos
iônicos.
Os elétrons mais externos do átomo
são os responsáveis pela
ocorrência da ligação química.
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Ligações Químicas
As ligações químicas tem forte influência sobre
diversas propriedades dos materiais.
Quebram-se facilmente
vidro
Difícil de quebrar
aço
Conduzem corrente elétrica
metais
Isolantes
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Menos estáveis
Mais estáveis
Átomos isolados
Átomos ligados
Ener
gia
Para ficar estáveis!
Ligações Químicas
Por que os átomos se ligam?
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Tipos de Ligações Químicas.
Dependendo da energia envolvida na ligação elas podem ser divididas em:
Fortes (Iônicas; Covalentes e Metálicas).
Fracas (Van Der Waals, Dipolo-Dipolo e Ponte de Hidrogênio).
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PERDE 1 ELÉTRON
Na Cl+ –Na Cl+ –
CLORETO DE SÓDIO
Ligação Iônica.
Atração eletrostática entre íons de cargas opostas.
Formam-se quando um elemento com baixa energia de ionização cede um elétron a um elemento com elevada afinidade eletrônica.
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Formação do Sólido Iônico (NaCl).
rQQ
E ClNa
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Energia das Ligações Iônicas.
A estabilidade de um composto iônico depende da interação de todos os íons.Energia de rede: é a energia necessária para dissociar completamente um mol de composto iônico sólido nos seus íons no estado gasoso.
NaCl(s) Na+(g) + Cl -(g) ∆H = +787 kJ/mol
Esta energia não pode ser medida diretamente, mas pode ser obtida a partir de um ciclo de Born-Haber, que mostra todos os passos que contribuem para a energia total da reação de formação do composto iônico.
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Formação de Um Composto Iônico Sólido.
Etapa Processo ∆H, Kj/mol
A Na(s) Na(g) +108 (energia absorvida)
B 1/2Cl2(g) Cl(g) +121 (energia absorvida)
C Na(g) Na+(g) + e- +495 (energia absorvida)
D e- + Cl(g) Cl-(g) -348 (energia liberada)
E Na+(g) + Cl-
(g) NaCl(s) -787 (energia liberada)
Total Na(s) + 1/2Cl2(g) NaCl(s) - 411 (energia líquida liberada)
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Na(s) + 1/2 Cl2(g) NaCl(s) Htotal = -411 kJ/mol
Na(s) Na(g) 107.3 kJ/mol
1/2 Cl2(g) Cl(g) 122 kJ/mol
Na(g) Na+(g) + e- 495.8 kJ/mol
Cl(g) + e- Cl-(g)-348.6 kJ/mol
Na+(g) + Cl-(g) NaCl(s)H = ?
H1 + H2 + H3 + H4 + H5 = Htotal
H5 = -787 kJ/mol∆Hrede = + 787 kJ/mol
Ciclo de Born - Haber.
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PERDE 1 ELÉTRON
+
Ligação Covalente.A ligação covalente ocorre quando os dois átomos
têm a mesma tendência de ganhar e perder elétrons.Compartilhamento de elétrons.
O comprimento e força da ligação química resultam do equilíbrio devido à repulsão entre cargas iguais e atração entre cargas opostas.
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Comprimento da Ligação Covalente.
Define-se comprimento da ligação como sendo a distância entre os núcleos de dois átomos ligados numa molécula.
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N (Z = 7) 2s 2p 31s2 2
N NN N FÓRMULA ELETRÔNICA
N NN
FÓRMULA ESTRUTURAL PLANA
2 FÓRMULA EMPÍRICA
Ligação Covalente.Quando cada um dos átomos ligantes
contribui com
um elétron para a formação do par.
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Compostos covalentes: geralmente gases, líquidos ou sólidos de
baixo ponto de fusão
Compostos iônicos: sólidos de ponto de fusão elevado.
Propriedade NaCl CCl4Aspecto sólido branco líquido incolorTfusão/ °C 801 - 23Tebulição/ °C 1413 76.5solubilidade em H2O elevada bastante baixa
Condutividade elétrica sólido mau mau fundido bom mau
Propriedades de Compostos Covalentes e Iônicos.
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Ozônio, O3
Ambos os comprimentos são iguais: 1.278 A
Ressonância: uma única estrutura de Lewis falha em descrever de forma precisa a estrutura eletrônica real
A molécula do ozônio é um híbrido de ressonância das duas estruturas. Ordem de cada ligação: 1,5
°
Estruturas de Ressonância.
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Eletronegatividade
Cresce
É a medida da capacidade de um átomo atrair para si os pares de elétrons compartilhados numa ligação.
![Page 17: Aycvacv Cacbdahc Ligações Químicas e Materiais. PROFESSORA: Shaiala Aquino Faculdade de Tecnologia e Ciências – FTC Colegiado de Engenharia Civil Química](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062502/570638631a28abb823900e49/html5/thumbnails/17.jpg)
Ligação MetálicaTeoria do elétron livre de Drude e Lorentz.
Os metais possuem uma baixa eletronegatividade, os mesmos perdem seus
elétrons muito facilmente. Esses elétrons livres formam uma nuvem eletrônica que mantém os íons metálicos sempre unidos formando a chamada ligação metálica.
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Características dos Compostos Metálicos.
Alta condutividade elétrica e térmica.
Permitem grande deformação plástica pois as ligações são móveis ou seja não são rígidas como as iônicas e as covalentes.
Possuem o brilho metálico, como os elétrons são muito móveis trocam de nível energético com facilidade emitindo fótons.
Aço - Fe e C.Aço inoxidável - Fe, C , Cr e Ni.
Amálgama dental - Hg, Ag e SnBronze – Cu e SnLatão – Cu e Zn
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Ligas.
Liga é a mistura, de aspecto metálico e homogêneo, de um ou mais metais entre si
ou com outros elementos. Deve ter composição cristalina e comportamento
com metal.
Geralmente as ligas tem propriedades mecânicas e tecnológicas melhores que
as dos metais puros.
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Requisitos das Ligas na Construção Civil.
Aparência • sólidos a temperaturas ordinárias • porosidade não aparente • brilho característico, que pode ser aumentado por polimento ou tratamento químico.
Densidade • varia bastante de uma liga para outra. Geralmente vai de 2,56 a 11,45 sendo que a platina atinge 21,30.
Dilatação e Condutividade Térmica A título de comparação, apresentamos os coeficientes de dilatação seguintes: • concreto: 0,01 mm/m/ºC • vidro: 0,08 mm/m/ºC • metais: 0,10 a 0,03 mm/m/ºC
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Ligas na Construção Civil.
A liga mais utilizada na construção civil é o aço, pelo seu largo uso como armação nos concretos.
Alumínio, consagra-se definitivamente em segundo lugar entre os metais mais utilizados.
Quanto mais puro o alumínio, maior a resistência à corrosão e menor a resistência mecânica. A liga com 3% de cobre, 1% de manganês e 0,5% de magnésio, gera o duralumínio, material que substitui o aço em muitas situações.
![Page 22: Aycvacv Cacbdahc Ligações Químicas e Materiais. PROFESSORA: Shaiala Aquino Faculdade de Tecnologia e Ciências – FTC Colegiado de Engenharia Civil Química](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062502/570638631a28abb823900e49/html5/thumbnails/22.jpg)
Ligas Ferrosas.
São Divididas em Dois Grupos: Ligas Ferrosas – O Fe é o elemento principal. Ligas Não Ferrosas – Não tem como base o Fe.
Características das Ligas Ferrosas:Aços: Ligas de Fe ao C.
Aços comuns ao C – Concentrações residuais de impurezas além de C e Mn.
![Page 23: Aycvacv Cacbdahc Ligações Químicas e Materiais. PROFESSORA: Shaiala Aquino Faculdade de Tecnologia e Ciências – FTC Colegiado de Engenharia Civil Química](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062502/570638631a28abb823900e49/html5/thumbnails/23.jpg)
Ligas Ferrosas.
Aço Doce: < 0,20 % de C;Características: São maleáveis e dúcteis.Microestrutura: Ferrita e Perlita;Usados para fazer cabos, pregos e correntes.
Aços médio: 0,20% < C < 0,60%;Características: São mais duros que o aço doce.Usados para fazer vigas e trilhos de trens, engrenagens e componentes estruturais de alta resistência.
Aços com alto teor de C: 0,6% < C < 1,5 %;Características: Mais duros e resistentes;Resistente ao desgaste e abrasão;Usados na fabricação de ferramentas.
![Page 24: Aycvacv Cacbdahc Ligações Químicas e Materiais. PROFESSORA: Shaiala Aquino Faculdade de Tecnologia e Ciências – FTC Colegiado de Engenharia Civil Química](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062502/570638631a28abb823900e49/html5/thumbnails/24.jpg)
Ligas Ferrosas.
O Vanádio e o Cromo podem ser adicionados para conceder força e aumentar a resistência à fadiga e à corrosão.
Exemplo: Um trilho de trem de aço usado na Suécia em linhas suportando carregamentos pesados de minério contém 0,7 % de C, 1% de Cr e 0,1 % de V.
Uma das mais importantes ligas de Ferro é o aço inoxidável, que contém aproximadamente 0,4 % de C, 18 % de Cr e 1 % de Ni.
![Page 25: Aycvacv Cacbdahc Ligações Químicas e Materiais. PROFESSORA: Shaiala Aquino Faculdade de Tecnologia e Ciências – FTC Colegiado de Engenharia Civil Química](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062502/570638631a28abb823900e49/html5/thumbnails/25.jpg)
Quanto maior a energia envolvida na ligação química há uma
tendência de:
Maior ser o ponto de fusão do composto;
Maior a resistência mecânica;
Maior a dureza;
Maior o módulo de elasticidade;
Maior a estabilidade química;
Menor a dilatação térmica.
Influência da Energia de Ligação em Algumas Propriedades dos Materiais.
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Materiais Cerâmicos. Combinações de metais com elementos não metálicos, os cerâmicos são muito duros, porém frágeis. Os principais tipos são os óxidos, nitretos e carbetos, e pertencem a este grupo os argilo-minerais, cimento e vidros.
Podem apresentar ligações covalentes, ligações iônicas ou alguma combinação das duas.
Geralmente são isolantes de calor e eletricidade;
Estáveis à altas temperaturas, resistentes a corrosão e desgaste, não se deformam com facilidade e são menos densas que os metais usados para aplicações de altas temperaturas.
Com relação às propriedades mecânicas as cerâmicas são duras e quebradiças;
![Page 27: Aycvacv Cacbdahc Ligações Químicas e Materiais. PROFESSORA: Shaiala Aquino Faculdade de Tecnologia e Ciências – FTC Colegiado de Engenharia Civil Química](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062502/570638631a28abb823900e49/html5/thumbnails/27.jpg)
Os Materiais Cerâmicos na Tabela Periódica
Os cerâmicos são constituídos de metais (alguns apenas) e a maioria de não-
metais.
![Page 28: Aycvacv Cacbdahc Ligações Químicas e Materiais. PROFESSORA: Shaiala Aquino Faculdade de Tecnologia e Ciências – FTC Colegiado de Engenharia Civil Química](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062502/570638631a28abb823900e49/html5/thumbnails/28.jpg)
Forma-se com átomos de diferentes eletronegatividades (um alta e outro baixa); Os elétrons de valência são “transferidos” entre átomos produzindo íons;A ligação iônica não é direcional, a atração é mútua;A ligação é forte, por isso o PF dos materiais com esse tipo de ligação é geralmente alto.
Como consequência da ligação ser predominantemente iônica a estrutura cristalina das cerâmicas são compostas por íons carregados eletricamente
(CÁTIONS E ÂNIONS)
A Ligação Iônica e as Estruturas Cristalinas das
Cerâmicas.
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Percentual de Caráter Iônico das Ligações Interatômicas Para Vários
Materiais Cerâmicos.
Material Percentual de Caráter IônicoCaF2 89
MgO 73NaCl 67Al2O3 63
SiO2 51
SiN4 30
ZnS 18SiC 12
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30
A extrema fragilidade e dureza dos cerâmicos vem da natureza das suas ligações atômicas iônicas ou covalentes.
As estruturas cristalinas, quando presentes,são extremamente complexas
Exemplo: O óxido de Silício (SiO2) pode ter três formas cristalinas distintas: quartzo, cristobalite e tridimite
Estruturas Cristalinas das Cerâmicas.
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Propriedades Térmicas e Físicas dos Cerâmicos.
Densidade: 2-3 g/cm3;
Embora os materiais cerâmicos sejam em geral isolantes de calor e eletricidade, há uma classe de materiais cerâmicos que são supercondutores;A dilatação térmica é baixa comparada com metais e polímeros.
![Page 32: Aycvacv Cacbdahc Ligações Químicas e Materiais. PROFESSORA: Shaiala Aquino Faculdade de Tecnologia e Ciências – FTC Colegiado de Engenharia Civil Química](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062502/570638631a28abb823900e49/html5/thumbnails/32.jpg)
VIDRO-CERÂMICOSCRISTALINOS AMORFOS (VIDROS)Incluem os cerâmicos à base de Silicatos, Óxidos, Carbonetos e Nitretos
Em geral com a mesma composição dos cristalinos, diferindo no processamento
Formados inicialmente como amorfos e tratados termicamente
O Silício e o Oxigênio formam cerca de 75% da crosta terrestre, sendo materiais de ocorrência comum na natureza e de baixo custo !
Os cerâmicos avançados são baseados em óxidos, carbonetos e nitretos com elevados graus de pureza
Classificação dos Materiais Cerâmicos.
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CERÂMICOS CRISTALINOS DE SILICATOS
264925Cimento Portland
130564Porcelana steatite
163261Porcelana eléctrica
----7228Mulita refractária
545-2550-70Tijolo refractário
496Sílica refractária
OutrosCaOMgOK2OAl2O3SiO2
Composição (% em peso)
Os cerâmicos cristalinos à base de Silicatos não são usados como materiais estruturais
(não são considerados cerâmicos avançados)
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Caráter Iônico e Covalente de um Cerâmico
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Caráter Iônico e Covalente de Alguns Cerâmicos