Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 2
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Ciências de Materiais I
Prof. Nilson C. Cruz
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Aula 2
Ligação Química
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Diferença entre materiais
=
Diferença entre arranjos atômicos
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Átomos
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e
N
P P
N
e
Carga Massa
(x 1,6x10-19C)
(x 1,673x10-24 g)
N
0
1,001
P
1
1
e
-1
1/1836
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Número atômico (Z) = nº de prótons
Massa atômica (A) ≈ Z + nº de nêutrons
1 mol = 6,02x1023 átomos (número de Avogadro)
Raio Nuclear ≈ 10-14 m
Raio Atômico ≈ 10-10m (1 angstron, 1Å)
1 uma = 1/12 massa 12C
1 uma/átomo (ou molécula) = 1 g/mol
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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
(100g)(6,023×10 )
nº de átomos Ag =
(107,87) g mol
= 5,58x1023 átomos
mol
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Elétrons
Químicas
Mecânicas
Propriedades
Elétricas
Ópticas
Térmicas
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Estrutura Eletrônica
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Átomo de hidrogênio
Energia
P
Níveis de
Energia
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Transição Eletrônica
Fóton
Energia
ΔE
n=2
P
n=1
P
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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
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Átomo de Bohr
2me4
13,6
2π
E = - ————
=
——
eV
2
n
n2h2
n=1,2,3,... = nº quântico principal
m = 9,1x10-31 kg
e = 1,6x10-19C
1eV = 1,6x10-19 J
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Átomo de hidrogênio (Bohr)
n = ∞ (0,0eV)
n = 4 (-0,8eV)
n = 3 (-1,5eV)
n = 2 (-3,4eV)
n = 1 (-13,6eV)
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Interferência de ondas mecânicas
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Difração de elétrons
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Difração de elétrons
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Difração de elétrons
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Difração de elétrons
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Dubleto do sódio
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Experiência de Stern-Gerlach
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Modelo de Bohr = LIMITADO
Modelo ONDULATÓRIO

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Bohr x mecânica ondulatória
Bohr
Mecânica Ondulatória
Partícula
Onda-partícula
n
Quatro números
quânticos
Orbitais
Probabilidade
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Bohr x mecânica ondulatória
Bohr
Ondulatório
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Modelo Ondulatório
Cada elétron atômico é representado por
quatro números quânticos
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Número quântico principal n  camadas
n = 1 (K)
n = 2 (L)
4 prótons
5 nêutrons
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Número quântico secundário l  subcamadas
l = 0,1,2,3,...,n-1
= s,p,d,f
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ml  estados energéticos nas subcamadas
ml = -l,...,0,...,+l
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ms  momento de spin
ms = +1/2
ms = -1/2
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Energia (eV)
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Bohr
Ondulatório
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Dubleto do sódio
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Princípio da Exclusão de Pauli
Cada estado ou orbital eletrônico pode
comportar no máximo dois elétrons, que
devem possuir spins opostos.
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Padrão para distribuição de elétrons
n
1 (K)
2 (L)
3 (M)
4 (N)
5 (0)
6 (P)
l=0
(s)
2
2
2
2
2
2
l=1
(p)
l=2
(d)
l=3
(f)
6
6
6
6
6
10
10
10
10
14
14
14
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Distribuição eletrônica
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Distribuição eletrônica
Na:
1s2
2s2
2p6
3s1
Camada de
valência
Mg: 1s2 2s2 2p6 3s2
Al: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1
Ge: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p2
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Distribuição eletrônica
He: 1s2 2s2
Ne: 1s2 2s2 2p6
Ar: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
Kr: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6
Xe: [Kr] 4d10 5s2 5p6
Rn: [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p6
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Distribuição eletrônica
Camada de valência completa
=
Estrutura eletrônica estável
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Átomos ganham, perdem ou
compartilham elétrons para
atingir configuração estável
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Tabela Periódica
 Semicondutores
Eletropositivos
III-V
II-VI
Eletronegativos
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Ligações Químicas
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Ligações Iônicas
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Ligações Iônicas
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Ligações Químicas
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Ligações Covalentes
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Ligações Covalentes
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Ligações Químicas
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Ligações Metálicas
Núcleo dos íons
Mar de elétrons de valência
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Ligações Metálicas
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Ligações de van der Waals
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Ligações de van der Waals
Forças de London (dipolos induzidos)
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Ligações de van der Waals
Interações de Keesom (dipolos permanentes)
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Ligações de van der Waals
Interações de Debye
Dipolo induzido – Dipolo permanente
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PVC
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Cerâmicas e semicondutores  Ligações mistas
Fração Covalente =
2
-0,25ΔE
e
ΔE = diferença de eletronegatividade
Ex. SiO2
2
Fração Covalente = e-0,25(3,5-1,8) = 0,486
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Energia de Ligação
e Espaçamento Interatômico
Ligação Energia (eV)
Energia de ligação
Espaçamento
Interatômico
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Iônica
6,0 – 16,0
Covalente
5,0 – 13,0
Metálica
1,0 – 9,0
Van der
Waals
<0,5
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Energia de Ligação
e Temperatura de Fusão
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3800
C
W
Ponto de Fusão (C)
MgO
2400
Fe
1000
-400
Si
NaCl
Al
Cl
Ar 2
0
H2O
2
4
6
Energia de Ligação (eV)
8
10
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Força de Ligação
e Módulo de Elasticidade
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Energia de Ligação
e Coeficiente de Expansão Térmica
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