Estrutura Atmica

A base para a classificao dos materiais A base para a classificao dos materiais encontrada na natureza das ligaes

iqumicas.

2-0

As ligaes tem duas categorias gerais

a) Ligaes Primriasa) Ligaes PrimriasEnvolvem a transferncia e/ou compartilhamento de eltrons produzindo ligaes relativamente fortes entre os g tomos envolvidos.Ex: inica covalente e metlicaEx: inica, covalente e metlica

2-1

b) Ligaes SecundriasEnvolvem atraes relativamente fracasEnvolvem atraes relativamente fracas entre tomos ou molculas no ocorrendo

f i ilh dtransferncia ou compartilhamento de eltrons.

2-2

Um material possui um conjunto de i d d ipropriedades tais como:

- resistncia- condutividade eltrica- massa especficaTodas esto associadas a estrutura interna.Todas esto associadas a estrutura interna.

2-3

Conceitos Bsicos

tomo a unidade bsica da estrutura dos tomo a unidade bsica da estrutura dos materiais.

Modelo atmico de BohrConsiste em um pequeno ncleo compostoConsiste em um pequeno ncleo composto por prtons e neutrons envolvidos por eltrons em movimentoeltrons em movimento.

2-4

Eltrons e prtons possuem carga eltrica sendo igual a 1,60 x 10-19 C. g ,Eltrons = carga negativaP i iPrtons = carga positivaNeutrons = eletricamente neutros

Massas das partculas atmicas:mp = mn = 1,66 x 10-24gmp mn 1,66 x 10 gme = 9,11 x 10-28g

2-5

C t i d El t Q iCaracterizao do Elemento Qumico

feita a partir do nmero atmico (Z) que feita a partir do nmero atmico (Z) que indica o nmero de prtons no tomo.Para um tomo eletricamente neutro o nmero atmico igual ao nmero de eltrons.gA massa atmica (A) corresponde a soma das massas de prtons e neutrons (A = P + N)massas de prtons e neutrons (A = P + N).O nmero de P sempre o mesmo para todos os tomos de um mesmo elemento, mas o nmero N pode variar produzindo diferentes p pmassas atmicas.

2-6

tomos de m mesmo elemento q etomos de um mesmo elemento que possuem diferentes massas atmicas (diferente nmero de neutrons) so denominados de istopos.pA massa atmica apresentada na Tabela Peridica corresponde a uma mdia dosPeridica corresponde a uma mdia dos valores encontrados na natureza, ou seja, d i dos istopos.

2-7

Para clculos com relao a massa atmicaPara clculos com relao a massa atmica utiliza-se a U.M.A. (Unidade de Massa Atmica)1 U M A 1/12 d i d C1 U.M.A. =1/12 da massa atmica do C12

O peso atmico de um elemento ou o peso molecular de um composto pode ser expressomolecular de um composto pode ser expresso com base no nmero de U.M.As por tomo (molcula) ou massa por mol de material.Em 1 mol de uma substncia existem:Em 1 mol de uma substncia existem:6,02 x 1023 tomos ou molculas

(nmero de Avogrado)(nmero de Avogrado)

2-8

So necessrios 6 02 1023 U M As paraSo necessrios 6,02 x 1023 U.M.As para produzir 1g.

Massa do prton = 1,66 x 10-24gMassa o tomo de carbono 12:Massa o tomo de carbono 12:M = 6P + 6N =M = 12 x 1,66 x 10-24g = 12 U.M.A.

2-9

IstoposA t i d 1 t d b 12A massa atmica de 1 tomo de carbono 12 U.M.A. (12,011 pela presena de 1,1% de C13)C12 = 6P + 6N e C13 = 6P + 7N

A massa atmica do cloro 35,5 pela existncia de Cl35 = 17P + 18N e Cl36 = 17P + 19N

2-10

Copyright 2006 by Nelson, a division of Thomson Canada Limited 2-11

Copyright 2006 by Nelson, a division of Thomson Canada Limited 2-12

Li I iLigao InicaResulta da transferncia de eltrons de um tomo para outro buscando uma configurao eletrnica mais estvelconfigurao eletrnica mais estvel.Ex.: Cloreto de Sdio

Distribuio eletrnica:Na 2 8 1Na 2, 8, 1Cl 2, 8 ,7Origina-se ions positivose negativose negativos.

2-13

2-14

N d f d Natureza da fora de atraoFora de Coulomb:Fc=-k/a2 cF- fora de atrao de Coulomba distncia entre os ons

2-15

Q l i id l d li ?Qual o comprimento ideal da ligao?Condies de equilbrio qF = Fc + Fr, onde Fr a fora de repulso pela

i id d d d i i dproximidade de ons de cargas iguais, sendo Fr =.e-a/

2-16

E i d Li Q iEnergia da Ligao Qumica

2-17

Li C lLigao CovalenteNeste tipo de ligao os tomos compartilhamp g ppares de eltrons. Pares de eltrons de ambos ostomos circulam na camada eletrnica maisexterna proporcionando uma configuraoeletrnica mais estvel para os dois tomos.p

Ex.: Molcula do oxignio (O2).O tomo de O tem 6e na ltima camada-O tomo de O tem 6e na ltima camada

2-18

E M l l d Hid i (H )Ex.: Molcula do Hidrognio (H2)O tomo de H tem 1e na ltima camada

Ex : Ex : Molcula do Cloro (Cl )Ex.: Ex.: Molcula do Cloro (Cl2)- O tomo de Cl tem 7 e na ltima camada

2-19

- A ligao covalente leva a formao de dipolos = polarizao molecular pela concentao de eltrons .

- A ligao covalente do tipo direcional, ou seja, g p , j ,ocorre orientao das cargas sendo esta a principal caracterstica.

Ex.: Molcula do Etileno (C2H4)

2-20

A b d l d l l d li i A quebra do lao duplo leva ao processo de polimerizaoque d origem ao polietileno. A ligao entre as molculasresulta de uma fora de atrao secundriaresulta de uma fora de atrao secundria.Sendo a ligao covalente uma ligao forte, porque ospolmeros apresentam baixo ponto de fuso e baixap p presistncia?

2-21

F d Li S d i (F d V D W l )Foras de Ligao Secundrias (Foras de Van Der Waals)- Coeso de molculas pela atrao de cargas opostas como

consequncia da formao de dipolosconsequncia da formao de dipolos.- A atrao depende da assimetria de distribuio de cargas.

No h transferncia de eltrons- No h transferncia de eltrons

Estas ligaes sec ndrias tem energia bem inferior asEstas ligaes secundrias tem energia bem inferior as primrias

Quando o composto aquecido ou submetido a esforosso as ligaes secundrias que cedem primeiroso as ligaes secundrias que cedem primeirocontrolando a resistncia.

2-22

Ex.: Molcula do Policloreto de Vinila (PVC)

2-23

E M l l d Ex.: Molcula da guaCaso especial de fora de atrao secundria (tipop ( pVan Der Waals). Ponte de hidrognio.

Ligao covalente H-O-H e ligao secundria entre as molculas pela formao de um dipolo.

2-24

Foras de London um tipo de fora secundria (Van DerForas de London um tipo de fora secundria (Van DerWaals) gerada a partir e um tomo neutro.

2-25

Ex.: Molcula do silcio (Si4) ou silcio tetradrico.4O tomo de Si tem 4e na ltima camada.

2-26

Ex.: Molcula da silica (SiO2).2

2-27

Ligao Metlicai d li i d l ilh d-Tipo de ligao caracterizada pelo compartilhamento de

eltrons e do tipo no direcional.O d d l di d d-Os e podem se deslocar nas trs dimenses sendo que todos

os e da ltima camada de todos os tomos esto livres parai l l i d d d circular nas ltimas camadas de todos os outros tomos

formando o que se chama de nuvem eletrnica.

Caractersticas dos metais atribudas a ligao metlica: lid i t li- so slidos cristalinos

- possuem elevado ponto de fusod d i i h- grande nmero de vizinhos

- possuem maleabilidade e ductilidade

2-28

2-29

M did d f d li l d f Medida da fora da ligao pelo ponto de fuso

2-30

2-31

2-32

N d C d Nmero de CoordenaoResulta do arranjo em posies mais favorveis (menorenergia).

- A covalncia condiciona o nmero de coordenaoatmica

- Nmero de tomos vizinhos que podem se ligar a um i i f d di ibilid d d lprimeiro tomo em funo da disponibilidade de eltrons.

- Regra Geral (exceto para H e He)N 8 G d N d li G d- N = 8-G, onde N o nmero de ligaes e G o nmero do grupo na tabela peridica. Assim:

C Si 4 i i hC e Si 4 vizinhosN e P 3 vizinhosO S 2 i i hO e S 2 vizinhosCl e F 1 vizinho

2-33

Geometria da Coordenao

2-34

R l i NC 3Relao entre raios para NC =3

2-35

D d l /R l NC l?Dada uma relao r/R qual o NC possvel?

2-36

Comportamento em funo da fora de ligao

2-37

Comportamento em funo da energia de ligao

2-38

Cl ifi d M i iClassificao dos Materiais

Metais Ligao metlica- alta condutividade trmica e eltrica eltrons livres- opacos: reflete a oscilao dos eltrons livres; os eltrons

deslocveis respondem as vibraes eletromegnticas nafaixa de frequncia da luz visvelfaixa de frequncia da luz visvel.

- elevada massa especficadeform eis- deformveis

2-39

Cl ifi d M i iClassificao dos Materiais

Polmeros ligaes covalentes- isolantes trmicos e eltricos no h eltrons livresisolantes trmicos e eltricos no h eltrons livres

(exceo da grafita)baixa reflexo: podem ser transparentes em sees finas- baixa reflexo: podem ser transparentes em sees finas.

- baixa massa especfica- alguns so deformveis

2-40

Cl ifi d M i iClassificao dos Materiais

Cermicos Ligaes inicas e covalentes- baixa condutividade trmica e eltricabaixa condutividade trmica e eltrica- alta dureza

b i fi- baixa massa especfica- frgeis

Compsitos Combinaes de: metais, cermicos e Co ps os Co b es de: e s, ce cos epolmeros.

2-41