Campus Experimental de Sorocaba
Materiais e Reciclagem
2 – Classificação de Materiais e Atomística Aplicada à Materiais
Professor Sandro Donnini Mancini
Sorocaba, Fevereiro de 2015
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Várias classificações são possíveis.
A mais comum, divide os materiais em:
Metais
Cerâmicas
Polímeros
Compósitos
2
Semi-Condutores
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Metais
Cerâmicas
Polímeros
Compósitos
Semi-Condutores
http://heartjoia.com/2987-metais
De
modo
geral,
após
o
beneficiamento
dos
minérios
(normalmente óxidos), são isolados os materiais metálicos.
Exemplos: cobre, alumínio, ferro, aço...
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Metais
Cerâmicas
Polímeros
Compósitos
Sem-Condutores
http://www.osamigosdaonca.com.br/2011/08/cimento-sobe-de-r18-para-r-24-no-rn.html
Os materiais cerâmicos normalmente são os próprios óxidos,
que possuem a propriedade de, com calor e/ou com a adição de
determinados elementos, serem moldados e transformados em
produtos úteis.
Exemplos: cimento, vidro, tijolos...
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2
Metais
Cerâmicas
Polímeros
Compósitos
Semi-Condutores
http://www.alunosonline.com.br/quimica/polimerosnaturais-e-artificiais-.html
Os materiais poliméricos são normalmente longas moléculas de
hidrocarbonetos com ou sem heteroátomos, cuja principal
fonte é a nafta proveniente da destilação do petróleo.
Exemplos: polietilenos, polipropileno, policloreto de vinila...
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Metais
Cerâmicas
Polímeros
Compósitos
Semi-Condutores
www.cciviles.blogspot.com
Os materiais compósitos são materiais multifásicos que exibem
uma proporção significativa das propriedades de ambas as
fases que o constituem, de tal modo que é obtida uma melhor
combinação de propriedades. Caracterizados por matrizes
reforçadas.
Exemplos: concreto armado, epóxi com fibra de vidro...
6
3
Metais
Cerâmicas
Polímeros
Compósitos
Semi-Condutores
http://informatica.hsw.uol.com.br/semicondutores.htm
Os materiais semi-condutores são materiais que possuem
propriedades de condução elétrica intermediária entre os
condutores (metais) e isolantes (cerâmicas e polímeros) e que
podem ser controladas com precisão em áreas bem pequenas.
Exemplos: silício, germânio, arseneto de gálio...
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Classificação de Materiais
≠
Classificação dos Elementos
8
4
http://www.infoescola.com/quimica/
tabela-periodica/
Classificação da Tabela Periódica dos Elementos em Metais, Semi-metais ou
Não Metais
Metais – perdem elétrons facilmente (eletropositivos)
bons condutores
Semi-metais – B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po – não apresentam eletronegatividade
ou eletropositividade elevadas
Propriedades intermediárias
Não metais – eletronegativos, maus condutores
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5
ESTRUTURA ATÔMICA
Dalton
Thompson
Einstein
Rutherford
Bohr
de Broglie
Heinsenberg
Schrodinger
Pauli
Hund
Pauling
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LIGAÇÃO COVALENTE - direcional
Elétrons são partilhados entre dois átomos com pelo menos um dos orbitais
semi-preenchidos. A partilha é baseada na superposição dos orbitais (a qual
ocorre em determinados ângulos), o que confere caráter direcional à
ligação. Fazem ligação covalente os não metais.
Carbono – 1s2 2s22p2 – só duas ligações
hibridação (sp)3 – permite quatro ligações uma vez que estas constituem
configuração de menor energia.
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http://www.sixthsense.osfc.ac.uk
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LIGAÇÃO IÔNICA – não direcional
Átomos suficientemente eletropositivos (metais) aproximam-se de átomos
suficientemente eletronegativos (não metais) e os primeiros perdem
elétrons para os últimos. Porém, ambos têm que permanecer próximos para
manter a relação de troca, segundo uma distância ótima. O número de íons
que se acomodam depende de fatores geométricos e neutralidade elétrica.
http://www.colegioweb.com.br/quimica/acetona.html
Moffat, W.G., Pearsall, G.W. e Wulff,J. – Ciência dos Materiais. v. 1 (Estrutura). Trad.
Juarez V. Távora. Ed. Livros Técnicos e Científicos. Rio de Janeiro, 1972.235p.
LIGAÇÃO METÁLICA – não direcional
Pode ocorrer somente entre um grande agregado de átomos,
essencialmente metais, e não mais entre poucos átomos como no caso da
ligação covalente e iônica.
Se um átomo apresenta poucos elétrons de valência, estes podem ser
removidos com relativa facilidade, enquanto os outros são mais firmemente
ligados ao núcleo (“caroço iônico” + elétrons livres).
A ligação metálica constitui-se no encontro de duas nuvens que, como são
móveis, dão caráter não-direcional à ligação.
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http://www.qieducacao.com/2011/04/ligacao-metalica-ligacao-metalica.html
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LIGAÇÕES SECUNDÁRIAS
Em situações de estabilidade, nenhum tipo de ligação primária (covalente,
iônica ou metálica) pode se efetivar pois requerem ajustamento nos
elétrons de valência. Ocorrem então as ligações secundárias (envolvem
energias de ligação menores que as primárias).
Van der Walls (dipolo instantâneo e induzido) – podem se originar dipolos
elétricos pelo movimento dos elétrons e/ou por influência de dipolos
permanentes. Por um dos motivos, há um pouco mais de elétrons de um lado
do núcleo do que de outro, de modo que as resultantes positiva e negativa
não coincidam, formando uma polarização fraca. Devido a essa atração, os
gases nobres ou mesmo os inertes podem se condensar em baixas
temperaturas. Ligação não-direcional.
Dipolo permanente – átomos próximos se atraem pela diferença de
eletronegatividade. Ligação direcional. Exemplo: Nylon, PET, PVC...
Ponte de Hidrogênio – caso típico de dipolo permanente onde o pólo positivo
é o hidrogênio e o negativo apresenta eletronegatividade relativamente
alta. Ligação direcional. Exemplo: água.
Energias de Ligação (“forças” de ligação)
Iônica – 150-370 kcal/mol
Covalente – 125-300 kcal/mol
Metálica – 25-200 kcal/mol
Secundárias - < 10 kcal/mol
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http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/daniela/materiais/aula_2__ligacoes_quimicas.pdf
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Metais
Cerâmicas
Polímeros
Compósitos
Semi-Condutores
Ligação Metálica
Ligação Iônica / Covalente
Ligação Covalente e van der Waals
Depende da matriz e do reforço
Ligação Iônica / Covalente
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Sólidos são átomos arranjados de acordo com a força e
direcionalidade das ligações interatômicas.
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Cerâmicos e Semicondutores – Sólidos Iônicos ou Covalentes?
−≠ de eletronegatividade (∆E) ↑ caráter iônico
Fração Covalente = e-0,25ΔE
Fração Iônica = 1 – Fração Covalente
www.feng.pucrs.br/.../Materiais%20Ceramicos/
Geralmente : ↑ Caráter covalente ↑ temperatura de fusão ↑ dureza
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Materiais formados por só um elemento químico:
Átomos com pequena valência (1, 2, 3) – ligação metálica;
Átomos com valência maior – ligação covalente.
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