Disciplina : Ciência dos Materiais
LOM 3013 – 2015M1
3 - Ligação Interatômica
Prof. Carlos Angelo Nunes
Ligação Atômica nos Sólidos
Sólidos  atração entre átomos; íons; moléculas
• Ferro
• Alumina
• Diamante e grafite
Forças e Energias de Ligação
•
•
Como dois átomos isolados interagem conforme aproximam um do outro a partir
de uma distância de separação infinita?
A força atrativa depende do tipo de ligação particular que existe entre os dois átomos. A
força repulsiva surge de interações entre as nuvens eletrônicas carregadas negativamente
dos dois átomos e são importantes apenas para pequenos valores de r.
Força resultante da interação:
Na posição de equilíbrio:
F  FA  FR
0  FA  FR
Os centros dos dois átomos permanecerão separados pela
distância de equilíbrio r0. (r0~ 0,3 nm)
Trabalhando com energia:
E   Fdr
r
r


E   FA dr   FR dr  E A  ER
• Na figura anterior, o mínimo da curva de energia resultante corresponde
ao valor de r0.
• A energia de ligação para esses dois átomos (E0) corresponde à energia
nesse ponto de mínimo. Ela represente a energia necessária para
separar esses dois átomos até uma distância infinita.
• Inúmeras propriedades dos materiais dependem do valor de E0, da
forma da curva e do tipo de ligação.
Quais características da curva (E vs r) estão associadas a alto
ponto de fusão; alta rigidez mecânica; alta expansão térmica?
Ligações interatômicas primárias: Ligação Iônica
• Ligação entre elementos metálicos (cedem elétrons) e não metálicos
(recebem elétrons) => átomos se transformam em íons. Ex. NaCl
• As forças de ligação atrativas são do tipo Coulomb; isto é, íons positivos
e negativos, em virtude de suas cargas elétricas resultantes, atraem-se
mutuamente.
• A ligação iônica é não-direcional; isto é, a magnitude da ligação é igual
em todas as direções ao redor do íon. Os íons positivos são rodeados
por íons negativos e vice-versa.
• É a ligação predominante em materiais cerâmicos. Materiais
normalmente duros e frágeis e isolantes elétricos e térmicos.
A
EA  
r
B
ER  n
r
• Nas expressões acima, A, B e n são constantes cujos valores dependem
de cada sistema iônico particular. O valor de n é aproximadamente 8.
Ligações interatômicas primárias: Ligação Covalente
• Ligação onde a configuração eletrônica estável é adquirida pelo
compartilhamento de elétrons entre átomos adjacentes.
• A ligação covalente é direcional; isto é, ela ocorre entre átomos
específicos e pode existir apenas na direção entre um átomo e o outro
que participa do compartilhamento dos elétrons.
• Esse tipo de ligação é encontrado em sólidos elementares, tais como o
diamante (carbono),´silício, germânio. Assim como em compostos tais
como arseneto de gálio (GaAs), antimoneto de índio (InSb).
Diamante
Fulereno
Grafite
Nanotubo de carbono
• A ligação covalente pode ser muito forte como no diamante
(Tf > 3550oC), ou muito fraca, como no bismuto (Tf ~ 270oC)
• Os materiais poliméricos são típicos deste tipo de ligação, sendo a
estrutura molecular básica composta por uma longa cadeia de átomos de
carbono que estão ligados covalentemente uns aos outros por meio de
duas das quatro ligações disponíveis em cada átomo.
• Os materiais poliméricos são tipicamente isolantes elétricos e térmicos.
• Nylon
• PVC
• É possível a existência de ligações interatômicas que são parcialmente
iônica e parcialmente covalentes.

%CI  1  e
0 , 25 ( X A  X B )
2
.100
Onde:
%CI - % de caráter iônico de uma ligação entre dois elementos A e B;
XA e XB são as eletronegatividades dos respectivos elementos.
Ligações interatômicas primárias: Ligação Metálica
• Ligação encontrada nos metais e nas suas ligas.
• Os materiais metálicos possuem um, dois ou no máximo três elétrons de
valência. Em um modelo simples, assume-se que esses elétrons não
estão ligados a qualquer átomo em particular no sólido.
• Esses elétrons estão então livres para se movimentar ao longo de todo o
material, como se formassem uma nuvem de elétrons.
• A ligação pode ser fraca ou forte. Veja na tabela abaixo dados para o
mercúrio e o tungstênio e compare.
• A boa condução de eletricidade e calor pelos metais é explicada em parte
pela presença dos elétrons livres
Ligações interatômicas secundárias ou Ligações de Van der Waals
• São ligações fracas quando comparadas às ligações primárias;
• A ligação secundária fica evidente nos gases inertes e ainda entre
moléculas em estruturas moleculares que são ligadas covalentemente.
• As forças de ligação secundárias surgem a partir de dipolos atômicos ou
moleculares. Essencialmente, um dipolo elétrico existe sempre que há
alguma separação entre as partes positiva e negativa de um átomo ou
molécula.
• A ligação resulta da atração de Coulomb entre a extremidade positiva de
um dipolo e a região negativa de um dipolo adjacente.
• As interações de dipolo ocorrem entre dipolos induzidos; entre dipolos
induzidos e moléculas polares (dipolos permanentes) e entre moléculas
polares.
Ligações de dipolo induzido flutuantes
• O dipolo flutuante aparece devido a distorções instantâneas e de curta
duração na simetria elétrica em alguns átomos ou moléculas. E isto pode
induzir a formação de dipolo em um átomo/molécula vizinho (a).
• Ex. liquefação e, em
alguns casos, a
solidificação dos gases
inertes e de outras
moléculas eletricamente
neutras e simétricas
como o H2 e o Cl2
Ligações entre moléculas polares e dipolos induzidos
• Dipolo Permanente
Ligações de dipolos permanentes
• As energias de ligação associadas são significativamente maiores que
para as ligações que envolvem dipolos induzidos.
• O tipo mais forte de ligação secundária, a ligação de hidrogênio, é um
caso especial de ligação entre moléculas polares. Ex: H2O, HF, NH3