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