Post on 13-Jun-2015
Ligações Químicas eEstrutura dos Metais
Materiais de Construção Mecânica - MCM
Prof. Eduardo Bellini Ferreira
O modelo atômico de Bohr
Bohr versus mecânica ondulatória
Bohr versus
mecânica ondulatória
Estados eletrônicos disponíveis
Energia relativa dos elétrons nas várias camadas e subcamadas
Estados energéticos preenchidosátomo de sódio
Tabela periódica dos elementos
Eletronegatividade
Sólido com ligação iônica
Ligação Covalente
Ligação Metálica• É um tipo de ligação primária (junto com a ligação iônica e a ligação
covalente).• Encontrada em metais (elementos dos Grupos IA e IIA da Tabela
Periódica) e suas ligas.• Os materiais metálicos possuem um, dois ou no máximo três elétrons
de valência.• Esses elétrons de ligação não se encontram ligados a qualquer átomo
em particular no sólido e estão mais ou menos livres para se movimentar por todo o metal (“mar ou nuvem de elétrons”).
• Os elétrons resultantes, nas camadas mais internas, juntamente com os núcleos atômicos formam núcleos iônicos, com carga líquida positiva de magnitude igual à carga total dos elétrons de valência.
• Consequentemente a ligação metálica possui caráter não direcional.• Alguns comportamentos gerais dos metais podem ser explicados pelo
tipo de ligação:• Bons condutores de calor e eletricidades, e apresentam grande
ductilidade (ou seja, são capazes de sofrer grandes deformações permanentes).
Ligação MetálicaNúcleos iônicos
Mar de elétrons de valência
Força versus Energia
de ligação
Força de ligação
Força de ligação – módulo de elasticidade
Energia de ligação
Energia de ligação – temperatura de fusão
Energia de ligação – coeficiente de expansão térmica
Estruturas atômicas
• Podem ser classificadas de acordo com a regularidade com que os átomos ou íons estão arranjados uns em relação aos outros em– Materiais cristalinos – os átomos estão
situados em um arranjo que se repete, é periódico ao longo de grandes distâncias atômicas – ordem de longo alcance
– Materiais não cristalinos ou amorfos – ausência de ordem atômica de longo alcance
Cristalino versus não-cristalino
SiO2 cristalino SiO2 vítreo
Estrutura cristalina
• Maneira segundo a qual os átomos, íons ou moléculas estão arranjados espacialmente (exibindo ordem de longo alcance)
• Metais em geral apresentam estruturas cristalinas mais simples que cerâmicas e polímeros
Modelo de
esferas rígidas
CÉLULA UNITÁRIA
Menor unidade que representa a estrutura ao ser repetida ao longe de uma rede de pontos ou retículo.
Estrutura Cúbica de Face Centrada/CFC – Ex.: Cu, Al, Ag, Au
Estrutura Cúbica de Face Centrada/CFC – Ex.: Cu, Al, Ag, Au
Estrutura Cúbica de Corpo Centrado - CCC
• Cr, Fe, W
Estrutura Hexagonal Compacta - HC
• Cd, Mg, Ti, Zn
Diagrama de Equilíbrio Fe-Fe3C
Geometria da célula unitária
Parâmetros de rede:
- comprimento das arestas: a, b e c, na direção dos três eixos x, y e z de um sistema de coordenadas com origem em um dos vértices da célula unitária; - ângulos , , entre as arestas yz, xz e xy, respectivamente.
Sistemas Cristalinos
Célula unitária geral
Direções cristalográficas
Direções cristalográficas - tetragonal
Eixos coordenados para uma célula unitária hexagonal
Célula unitária geral
Planos cristalográficos
Planos cristalográficos
Planos cristalográficos
Determine os índices de Miller
Determine os índices de Miller
Arranjos atômicos – CFCForma como os átomos se arranjam em um plano cristalográfico.Depende da estrutura cristalina.
Arranjos atômicos – CCCForma como os átomos se arranjam em um plano cristalográfico.Depende da estrutura cristalina.
Densidade atômica linear – Dl = Lc/Ll
• A fração do comprimento de uma linha com uma determinada direção cristalográfica que é interceptada por átomos da estrutura cristalina.
• Direções equivalentes possuem densidades lineares equivalentes.
Densidade atômica linear – Dl = Lc/Ll
Exemplo: Dl da direção [100] em uma estrutura ccc
Densidade atômica planar – DP = Ac/AP
• A fração da área de um plano cristalográfico que é interceptada por átomos.
• Planos cristalográficos equivalentes possuem a mesma densidade atômica planar.
• DL e DP são análogos 1D e 2D, respectivamente, ao FEA.
Densidade atômica linear – DP = Ac/AP
Exemplo: DP do plano (110) em uma estrutura cfc
Densidades atômicas linear e planar
• As densidades atômicas linear e planar são considerações importantes que estão relacionadas com o processo de deslizamento, isto é, o mecanismo segundo o qual os metais se deformam plasticamente.
• O deslizamento ocorre mais facilmente nos planos cristalográficos mais densamente empacotados e, nesses planos, ao longo das direções que possuem o maior empacotamento atômico.
Estruturas cristalinas compactas
Estruturas cristalinas compactas – HC
Estruturas cristalinas compactas – CFC
Monocristais
Materiais Policristalinos
Materiais Policristalinos
Materiais Policristalinos - Textura
Materiais Policristalinos - Textura
Fig. 5. SEM micrographs of textured NKBT ceramics sintered at (a) 1100 °C, (b) 1130 °C, (c) 1150 °C, and (d) 1170 °C. (Journal of the European Ceramic Society Volume 27, Issue 12, 2007, Pages 3453-3458 )
Difração de raios X
Difração de raios X – monocristal
Difração de raios X – pó
Difração de raios Xa 0,2866h 1 2 2k 1 0 1l 0 0 1
dhkl 0,202657 0,1433 0,117004
LambdaCr 0,2291 68,8381 106,1403 156,4894Fe 0,193736 57,1083 85,0604 111,7675Co 0,179026 52,42447 77,31368 99,82154Cu 0,154184 44,71769 65,09187 82,42945Mo 0,071073 20,19841 28,71682 35,3624
2Theta
Difração de raios X
Sólidos não-cristalinos
Sólidos não-cristalinos