Aula 01 02

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Universidade Paulista – UNIP Curso de Engenharia
Notas de Aula-02: Ciências dos Materiais
Conteúdo 01 (cont.)
• Propriedades Mecânicas
• Propriedades Térmica
• Propriedades Elétrica
Calor, temperatura, Capacidade
Térmica (calor específico)
Condutividade (cal.cm)/(oC.s.cm2)
Conteúdo 02 – Interações Atômicas
• Ligações Químicas
• Raio atômico e iônico
• Número de coordenação
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Resistividade (ohm.cm)
Capacidade (Faraday)
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PROPRIEDADES MECÂNICAS:
Determinam a capacidade que o material tem para transmitir
ou resistir a esforços que lhe são aplicados.
Resistência Mecânica
Elasticidade
Ductilidade
Fluência
Tenacidade
Dureza
Tensão: lbf/in2 (psi) ; kgf/cm2; kgf/mm2
Sistema Inglês de Engenharia:
1ft = 0,305 m
1ft = 12 in
1 lbf = 32,174 lbm ft/s2 (Força)
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Figura 1
Ref. Fig.1: http://www.exatec.unisinos.br/~fortis/arquivos/Aula10_EnsaioDeTracao.doc
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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
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E= tensão/deform
1. ELASTICIDADE
Figura 2
c arg a

área(inicial)
Tensão 
Deformação  é a deformação linear média
Deformação 
l  lo

lo
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
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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
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ESTRUTURA DOS MATERIAIS
Figura 3
Modelos de Estrutura Atômica
Ref. Fig.3: Prof. Ricardo Aparicio - IQ/Unicamp - 1s/2009
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Ligação Atômica
Na
Cl
Atrativa
Repulsiva
Magnitude: distância entre os átomos
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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
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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
*Referência: www.dec.feis.unesp.br/sao/ciencias_materiais_2.ppt:
Cl: Z = 17
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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
Representação esquemática da
são compartilhadas com outros átomos.
ligação covalente na molécula
De metano ( CH4 )
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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
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Ligação Atômica
 Ligações Iônicas
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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COORDENAÇÃO ATÔMICA
Distância interatômica
No Coordenação
Raio Atômico e Iônico
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No Coordenação – NC: número de vizinhos mais próximos de um dado átomo em
uma dada estrutura espacial
Estruturas cristalinas
EMPACOTAMENTOS
Estruturas amorfas
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