Universidade Paulista – UNIP Curso de Engenharia Notas de Aula-02: Ciências dos Materiais Conteúdo 01 (cont.) Propriedades Mecânicas Propriedades Térmica Propriedades Elétrica Conteúdo 02 – Interações Atômicas Ligações Químicas Raio atômico e iônico Número de coordenação Calor, temperatura, Capacidade Térmica (calor específico) Condutividade (cal.cm)/(oC.s.cm2) Resistividade (ohm.cm) Capacidade (Faraday) Profa. Liliane de Souza - 2010

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Universidade Paulista – UNIP Curso de Engenharia PROPRIEDADES MECÂNICAS: Determinam a capacidade que o material tem para transmitir ou resistir a esforços que lhe são aplicados. Resistência Mecânica Elasticidade Ductilidade Tensão: lbf/in2 (psi) ; kgf/cm2; kgf/mm2 Fluência Sistema Inglês de Engenharia: 1ft = 0,305 m 1ft = 12 in 1 lbf = 32,174 lbm ft/s2 (Força) Tenacidade Dureza Profa. Liliane de Souza - 2010

Universidade Paulista – UNIP Curso de Engenharia Figura 1 Ref. Fig.1: http://www.exatec.unisinos.br/~fortis/arquivos/Aula10_EnsaioDeTracao.doc Profa. Liliane de Souza - 2010

Universidade Paulista – UNIP Curso de Engenharia PROPRIEDADES MECÂNICAS: 1- Elasticidade: δ= Tensão/deformação (kgf/mm2); (psi) 2- Ductilidade Figura 2* Um material dúctil é aquele que pode ser alongado, flexionado ou torcido, sem se romper. Ele admite deformação plástica permanente, após a deformação elástica. É a deformação plástica total! O ponto de escoamento determina a transição entre as fases elástica e plástica (com ou sem patamar na curva). Um material frágil rompe-se facilmente, ainda na fase elástica. . Na curva da Fig.1c e 1d, a ruptura se situa na fase elástica ou imediatamente ao fim desta, não havendo fase plástica mensurável! *Referência Fig. 2: http://java.cimm.com.br/cimm/construtordepaginas/htm/3_24_6926.htm Profa. Liliane de Souza - 2010

Universidade Paulista – UNIP Curso de Engenharia E= tensão/deform 1. ELASTICIDADE Figura 2 Tensão  Deformação  é a deformação linear média Deformação  EXEMPLO: Um aço tem um módulo de elasticidade de 21x103 kgf/mm2 Se uma barra de 3m deste aço de 1,25 cm de diâmetro for tracionada com uma carga de 6500 kgf qual a deformação? Ref. Fig.2: http://www.exatec.unisinos.br/~fortis/arquivos/Aula10_EnsaioDeTracao.doc Profa. Liliane de Souza - 2010

Universidade Paulista – UNIP Curso de Engenharia 2. Ductilidade: Deformação de comprimento na fratura  elongação Redução de área na fratura  estricção 3. Fluência: Deformação lenta causada por tensões inferiores ao limite de escoamento convencional! Deformação plástica 4.Tenacidade: é a medida da ENERGIA necessária para romper o material. 5. Dureza: é a resistência do material a penetração de um corpo definido Profa. Liliane de Souza - 2010

Universidade Paulista – UNIP Curso de Engenharia ESTRUTURA DOS MATERIAIS Figura 3 Modelos de Estrutura Atômica Ref. Fig.3: Prof. Ricardo Aparicio - IQ/Unicamp - 1s/2009 Profa. Liliane de Souza - 2010

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Universidade Paulista – UNIP Curso de Engenharia Ligação Atômica Na Cl Atrativa Repulsiva Magnitude: distância entre os átomos Profa. Liliane de Souza - 2010

Universidade Paulista – UNIP Curso de Engenharia CONSEQUÊNCIAS* Materiais sólidos: interação com muitos átomos. Resistência mecânica: aumenta com a força máxima e com o aumento da energia de ligação (aumento da profundidade do poço da curva de energia de ligação. Pontos de fusão e de ebulição: aumentam com o aumento da energia de ligação. Coeficiente de expansão térmica: diminui com o aumento da energia de ligação. Estados da matéria: EL sólido > EL líquido > EL gás Tipo de ligação: assim como o material, o tipo de ligação influencia na magnitude da energia de ligação e na forma da curva E x r. *Referência: www.dec.feis.unesp.br/sao/ciencias_materiais_2.ppt

Ligação Atômica* Ligações Iônicas - elementos metálicos com não metálicos (extremidades da tabela) - envolve a transferência de elétrons de um átomo para outro, sendo assim que adquirem cargas, ou seja, se tornam íons. Exemplo: Na: Z = 11 Cl: Z = 17 *Referência: www.dec.feis.unesp.br/sao/ciencias_materiais_2.ppt:

Ligação Atômica Ligação Covalente compartilhamento dos elétrons de valência de dois átomos adjacentes é típica de polímeros, sendo a estrutura molecular básica uma longa cadeia de átomos de C ligados entre si por ligação covalente através de duas das quatro ligações disponíveis em cada átomo, as duas restantes são compartilhadas com outros átomos. Representação esquemática da ligação covalente na molécula De metano ( CH4 )

Ligação Atômica nos Sólidos Ligações Iônicas no cloreto de sódio, todo sódio e todo cloro existem como ions, como ilustra a figura. é a ligação predominante nos materiais cerâmicos as energias de ligação são relativamente altas (600 a 1500kJ/mol ou 3 a 8 eV/átomo) Temperatura de fusão elevada os materiais são duros e quebradiços bons isolantes térmicos e elétricos

Ligação Atômica Ligações Iônicas

Ligação Atômica Ligação Covalente Diamante (Tf = 3550oC) Bismuto (Tf = 270oC) Normalmente as ligações interatômicas são parcialmente iônicas e parcialmente covalentes, poucos compostos exibem ligações com caráter que seja exclusivamente iônico ou covalente; Quanto maior for a diferença entre as eletronegatividades mais iônica será a ligação. De modo contrário, quanto menor for a diferença de eletronegatividade maior será o grau de covalência.

Ligação Atômica nos Sólidos Ligação Metálica elementos metálicos possuem de um a três elétrons de valência os elétrons de valência não estão ligados a um único átomo, mas estão mais ou menos livres para de movimentar por todo o metal - nuvem eletrônica os núcleos e os elétrons restantes formam o núcleo iônico carregados positivamente os elétrons livres protegem os núcleos iônicos das forças repulsivas (“cola”) bons condutores elétricos e térmicos devido aos elétrons livres ruptura dúctil na temperatura ambiente Ilustração esquemática da ligação metálica

Ligação Atômica nos Sólidos Ligações Secundárias: forças Van der Waals Ou ligações físicas, são fracas em relação às primárias ou químicas (Energia de ligação  10 kJ/mol ou 0,1 eV/átomo) Ocorrem atrações entre dipolos gerados pela assimetria de cargas. Ocorrem entre dipolos induzidos, entre dipolos induzidos e moléculas polares (que possuem dipolos permanentes) e entre moléculas polares.

Ligação Atômica nos Sólidos Ligações Secundárias: Dipolo Induzido Flutuantes Um dipolo pode ser criado ou induzido num átomo ou molécula que seja normalmente simétrico, isto é a distribuição espacial dos elétrons é simétrica em relação ao núcleo. Todos os átomos apresentam constantes movimentos vibracionais, que podem causar distorções instantâneas e de cura duração com a conseqüente criação de pequenos dipolos elétricos. As temperatura de fusão e ebulição são extremamente baixas, dentro todos os tipos de ligações possíveis essas são as mais fracas.

Ligação Atômica nos Sólidos Ligações Secundárias ou de Van der Waals Ligações entre Molécula Polares e Dipolo Induzido Momentos dipolo permanentes existem em algumas moléculas em virtude de um arranjo assimétrico, tais moléculas são chamada de moléculas polares. As moléculas polares podem induzir dipolos em moléculas apolares adjacentes, desse modo se forma uma ligação. A magnitude dessa ligação será maior que será maior que a de dipolo induzido.

Ligação Atômica nos Sólidos Ligações Secundárias ou de Van der Waals Ligações Dipolo Permanentes Força de Van der Waals existentes entre moléculas polares adjacentes. A magnitude dessa ligação será significativamente maior que as ligações envolvendo dipolo induzido. Ligação de hidrogênio é o tipo mais forte de ligação secundária. Ocorre entre moléculas nas quais o H está ligado covalentemente ao F (HF), ao O (H2O) e ao N (NH3). Forma uma ponte de hidrogênio com magnitude de ligação maior que para os outros tipos de ligação secundária.

Universidade Paulista – UNIP Curso de Engenharia COORDENAÇÃO ATÔMICA No Coordenação Distância interatômica Raio Atômico e Iônico Profa. Liliane de Souza - 2010

Universidade Paulista – UNIP Curso de Engenharia No Coordenação – NC: número de vizinhos mais próximos de um dado átomo em uma dada estrutura espacial Estruturas cristalinas EMPACOTAMENTOS Estruturas amorfas Profa. Liliane de Souza - 2010