Aula 5: Propriedades e Ligação Química
Relacionar o tipo de ligação química com as
propriedades dos materiais
Um entendimento de muitas propriedades físicas dos
materiais é previsto através do conhecimento das
forças interatômicas que ligam os átomos entre si.
As ligações entre átomos será ilustrada
considerando a interação entre dois átomos isolados
`a medida que eles são colocados em estreita
proximidade um do outro a partir de uma distância
infinita de separação entre os mesmos.
Profa. Adélia
Forças de Ligação e
Energias
Em grandes distâncias as
interações são desprezíveis,
mas `a medida que os
átomos se aproximam
mutuamente, cada átomo
exerce força sobre o outro.
FN = FA + FB
Energia de Ligação (Eo) é a
energia mínima potencial
necessária para separar
dois átomos
Profa. Adélia
Tipos de Ligação e Materiais
• 
O tipo de ligação (metálica, iônica e covalente) influencia
na classificação e propriedades dos materiais (metais,
cerâmicos e polímeros).
•  As propriedades macroscópicas dos materiais
dependem essencialmente do tipo de ligação entre os
átomos.
•  O tipo de ligação depende fundamentalmente dos
elétrons da camada de valência.
Profa. Adélia
Ligações Iônicas
Ligação Iônica
Ocorre entre elementos metálicos que tendem a perder
elétrons (cátions) e não-metálicos que tendem a ganhar
•
Exemplo
clássico:
NaCl.
elétrons (ânions).
Profa. Adélia
Ligações Iônicas
•  No processo todos os
átomos adquirem
configurações estáveis
ou de um gás inerte.
•  S ã o l i g a ç õ e s n ã o direcionais.
Profa. Adélia
Ligação Iônica
•  As forças de ligação são de Coulomb, isto é, forças atrativas
de cargas opostas.
•  A energia de atração e de repulsão são funções da distância
interatômica, que dependem das constantes A, B e n (n≈8)
EA = -A
r
ER = B
rn
•  A ligação predominantemente nos materiais cerâmicos é a
iônica.
A energia de ligação são relativamente elevadas, na faixa de
600 a 1500 kJ/mol.
Profa. Adélia
Propriedades de Compostos Iônicos
Características de Materiais Iônicos
•  Apresentam •  Possuem pontos de fusão e ebulição elevados;
•  São sólidos devido à disposição do seu arranjo cristalino.
elevados
•  São compostos duros, ou seja, que impõem resistência,
pontos de fusão mas podem ser maleáveis e dúcteis.
e ebulição;
•  Conduzem eletricidade quando dissolvidos em água. Existe
a presença de íons, ou seja, cargas negativas e positivas
•  São duros e
que permitem a passagem de corrente elétrica.
frágeis
•  São isolantes
eletricamente e
termicamente
•  São eletrólitos
em meio de alta
Profa. Adélia
constante
dielétrica
Profa. Adélia
Ligação Covalente
•  Configuração estável
devido ao
compartilhamento de
elétrons entre átomos;
•  Cada átomo contribue
com pelo menos um
elétron para formar
uma ligação;
•  Os elétrons
pertencem a ambos
os átomos
Molécula do Metano
Profa. Adélia
Características das Ligações Covalente
•  A ligação covalente é direcional, isto é, entre dois átomos só
pode existir apenas uma direção no compartilhamento
eletrônico.
•  Nos materiais existe uma tendência a reduzir a expansão
térmica e a densidade em relação aos materiais iônicos com
massa atômica semelhante.
Profa. Adélia
Propriedades dos Compostos Covalentes
•  Podem ser polares (os átomos apresentam
diferença de eletronegatividade) ou apolares (sem
diferença de eletronegatividade);
•  Apresentam pontos de fusão e ebulição
infereiores aos compostos iônicos;
•  Não conduzem corrente elétrica;
•  Apresentam solubilidade variada
•  Apresentam baixa tenacidade, sendo sólidos
quebradiços.
Profa. Adélia
Compostos formados por
ligações covalentes
•  Muitas moléculas elementares
não-metálicas
•  (H2, Cl2, O2, N2)
•  Muitas moléculas contendo
diferentes átomos
•  (H2O, NH3, CH4, HCN, CH2O)
•  Encontrado em sólidos
elementares C (diamante,
grafite), sílicio, germânio
•  Compostos não-metálicos
como GaAs, InSb, SiC
Profa. Adélia
Ligação Metálica
—  Formada por íons positivos
e elétrons livres de valência
que formam uma “nuvem
eletrônica” que circula
livremente entre os íons
positivos;
—  Encontrada em metais e
suas ligas
—  Materiais metálicos têm 1, 2
ou 3 elétrons de valência,
que se encontram livres
para se movimentarem ao
longo do metal
Propriedades associadas as ligações
metálicas
—  Alta condutividade elétrica e térmica: os elétrons podem
se mover na presença de uma f.e.m. ou de um gradiente
de temperatura.
—  Permitem grande deformação plástica pois as ligações
são móveis ou seja não são rígidas como as iônicas e as
covalentes
—  Possuem o brilho metálico, como os elétrons são muito
móveis trocam de nível energético com facilidade
emitindo fótons
—  São sempre opacos: pela mesma razão acima mas
nesse caso absorvendo a luz incidente
Ligações Secundárias
•  São ligações fracas. As energias de ligação são da ordem
de 10kJ/mol
•  É possível obter ligação sem troca ou compartilhamento de
elétrons nas ligações secundárias ou de van der Waals
•  A ligação é gerada por pequenas assimetrias na distribuição
de cargas dos átomos que criam dipolos
•  Um dipolo é um par de cargas opostas que mantém uma
distância entre si;
•  Dipolo permanente
•  Dipolo induzido
Representação esquemática de uma
molécula polar
—  Dipolos elétricos ocorrem
quando os centros das
cargas positivas não
coincidem com o centro
das cargas negativas em
uma molécula
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Dipolos Permanentes e Induzidos
Tipos de Dipolos
• Dipolo Permanente
• Dipolo Induzido
 A separação
de cargas é pequena
Dipolos Permanentes
e Induzidos
 Gerado pela estrutura da
molécula.
Permanente
• Dipolo
Permanente
Energias
de ligação
 Gerado
pela estrutura da
20kJ/mol
molécula.

Ex: Pontes de Hidrogênio em
H2O
 Energias
de ligação
 20kJ/mol
S. Paciornik – DCMM PUC-Rio
rnik – DCMM PUC-Rio
H
H
O
 Ex: Pontes de Hidrogênio em
H H2O
O
60
 Energias de
ligação são muito
Induzido
• Dipolo
Induzido
pequenas
( 1kJ/mol)
 A separação
de isolados
cargas é pequena
Átomos
de Ar
 Energias
de
ligação
são muito+
+
(os centros das cargas
e negativas
pequenaspositivas
( 1kJ/mol)
coincidem)
Átomos isolados
Átomos de
deformados
Ar
pela
do cargas
outro
(os presença
centros das
positivas e negativas
coincidem)
+
-
+
-
+
+
Átomos deformados
pela presença do outro
H
Magnitude do dipolo
-
+
-
+
Os átomos se ligam pela atração entre os dipolos induzidos
Profa. Adélia
Magnitude do dipolo
Atração por pontes de hidrogênio entre
moléculas de água
Expansão da água no estado sólido
Ligações químicas em relação aos tipos de materiais
Influência da energia da ligação em algumas
propriedades dos materiais
—  Quanto maior a energia envolvida na ligação
química há uma tendência de:
—  Maior ser o ponto de fusão do composto
—  Maior a resistência mecânica
—  Maior a dureza
—  Maior o módulo de elasticidade
—  Maior a estabilidade química
—  Menor a dilatação térmica
Energia de Ligação e Pontos de Fusão
para materiais iônicos