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Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Ciências de Materiais I Prof. Nilson C. Cruz.

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1 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Ciências de Materiais I Prof. Nilson C. Cruz

2 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Aula 2 Ligação Química

3 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Diferença entre materiais = Diferença entre arranjos atômicos

4 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm e e PP N N Carga (x 1,6x10 -19 C) Massa (x 1,673x10 -24 g) N01,001 P11 e1/1836 Átomos

5 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Número atômico (Z) = nº de prótons Massa atômica (A) Z + nº de nêutrons 1 mol = 6,02x10 23 átomos (número de Avogadro) Raio Nuclear 10 -14 m Raio Atômico 10 -10 m (1 angstron, 1Å) 1 uma = 1/12 massa 12 C 1 uma/átomo (ou molécula) = 1 g/mol

6 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Exemplo Sabendo que o peso molar da prata é 107,87 g/mol, calcule o número de átomos em 100 g de Ag? Solução: 23 átomos mol g (100g)(6,023×10 ) nº de átomos Ag = (107,87) = 5,58x10 23 átomos

7 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Elétrons Químicas Mecânicas Elétricas Ópticas Térmicas Propriedades

8 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Estrutura Eletrônica Átomo de hidrogênio Níveis de Energia P Energia

9 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm P P Transição Eletrônica ΔEΔE Energia Fóton n = 1 n = 2

10 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Transição Eletrônica ΔE = hν ou ΔE = hc/λ h = 6,63x10 -34 Js = constante de Planck ν = freqüência do fóton c = velocidade da luz λ = comprimento de onda do fóton

11 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Átomo de Bohr E = - 2π 2 me 4 n2h2n2h2 13,6 = - eV n2n2 n=1,2,3,... = nº quântico principal m = 9,1x10 -31 kg e = 1,6x10 -19 C 1eV = 1,6x10 -19 J

12 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm n = 1 (-13,6eV) n = 2 (-3,4eV) n = 3 (-1,5eV) n = 4 (-0,8eV) n = (0,0eV) Átomo de hidrogênio (Bohr)

13 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Interferência de ondas mecânicas

14 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Difração de elétrons

15 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Difração de elétrons

16 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Difração de elétrons

17 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Difração de elétrons

18 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Dubleto do sódio

19 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Experiência de Stern-Gerlach

20 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Modelo de Bohr = LIMITADO Modelo ONDULATÓRIO

21 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm BohrMecânica Ondulatória PartículaOnda-partícula n Quatro números quânticos OrbitaisProbabilidade Bohr x mecânica ondulatória

22 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm BohrOndulatório Bohr x mecânica ondulatória

23 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Modelo Ondulatório Cada elétron atômico é representado por quatro números quânticos

24 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Número quântico principal n camadas 4 prótons 5 nêutrons n = 2 (L) n = 1 (K)

25 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Número quântico secundário l subcamadas l = 0,1,2,3,...,n-1 = s,p,d,f

26 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm m l estados energéticos nas subcamadas m l = -l,...,0,...,+l

27 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm m s momento de spin m s = +1/2 m s = -1/2

28 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Bohr Ondulatório Energia (eV)

29 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Dubleto do sódio

30 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Princípio da Exclusão de Pauli Cada estado ou orbital eletrônico pode comportar no máximo dois elétrons, que devem possuir spins opostos.

31 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm n l=0 (s) l=1 (p) l=2 (d) l=3 (f) 1 (K) 2 2 (L) 26 3 (M) 2610 4 (N) 261014 5 (0) 261014 6 (P) 261014 Padrão para distribuição de elétrons

32 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm © 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning Distribuição eletrônica

33 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Na: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Mg: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 Al: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 Ge: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 2 Camada de valência Distribuição eletrônica

34 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm He: 1s 2 2s 2 Ne: 1s 2 2s 2 2p 6 Ar: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 Kr: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 Xe: [Kr] 4d 10 5s 2 5p 6 Rn: [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 6 Distribuição eletrônica

35 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Camada de valência completa = Estrutura eletrônica estável Distribuição eletrônica

36 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Átomos ganham, perdem ou compartilham elétrons para atingir configuração estável

37 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Tabela Periódica Semicondutores III-V II-VI Eletronegativos Eletropositivos

38 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Ligações Químicas Ligações Iônicas

39 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm © 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning Ligações Iônicas

40 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Ligações Químicas Ligações Covalentes

41 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm © 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning Ligações Covalentes

42 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Ligações Químicas Ligações Metálicas Núcleo dos íons Mar de elétrons de valência

43 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm © 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning Ligações Metálicas

44 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Ligações de van der Waals

45 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Ligações de van der Waals Forças de London (dipolos induzidos)

46 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm © 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning Ligações de van der Waals Interações de Keesom (dipolos permanentes)

47 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Ligações de van der Waals Interações de Debye Dipolo induzido – Dipolo permanente

48 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm © 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning PVC

49 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Cerâmicas e semicondutores Ligações mistas Fração Covalente = e -0,25ΔE ΔE = diferença de eletronegatividade 2 Ex. SiO 2 Fração Covalente = e -0,25(3,5-1,8) = 0,486 2

50 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Energia de Ligação e Espaçamento Interatômico © 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning Energia de ligação Espaçamento Interatômico LigaçãoEnergia (eV) Iônica 6,0 – 16,0 Covalente 5,0 – 13,0 Metálica 1,0 – 9,0 Van der Waals <0,5

51 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Energia de Ligação e Temperatura de Fusão

52 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Força de Ligação e Módulo de Elasticidade © 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning

53 Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2 www.sorocaba.unesp.br/gpm Energia de Ligação e Coeficiente de Expansão Térmica © 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning


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