Respostas ICM
1. Cite as principais caracterísicas apresentadas pelas seguintes classes de materiais, dando dois exemplos para cada uma delas:
• Metais
São bons condutores de calor e de eletricidade, e também são uilizados para aplicações estruturais por serem muito resistentes. Ex: alumínio e estanho.
• Cerâmicos
São geralmente isolantes de calor e eletricidade, com relação às propriedades mecânicas as cerâmicas são duras, porém frágeis. É uma combinação de elementos metálicos e não-metálicos (O, N, C, P, S). Ex: óxidos, nitretos e carbonetos.
• Polímeros
Esses materiais apresentam baixa densidade e podem ser extremamente lexíveis, também são consituídos de moléculas muito grandes conhecidas como macromoléculas. São geralmente compostos orgânicos baseados em carbono, hidrogênio e outros elementos não-metálicos Ex: termoplásicos, termorrígidos e elastômeros.
• Compósitos
Os compósitos são consituídos de mais de um ipo de material insolúveis entre si. São desenhados para apresentarem a combinação das melhores caracterísicas de cada material consituinte. Ex: Fibra de vidro, ibra de carbono e ibra de itânio.
• Semicondutores
São sólidos cristalinos de conduividade elétrica intermediária entre condutores e isolantes. Os elementos semicondutores podem ser tratados quimicamente para transmiir e controlar uma corrente elétrica. Ex: Si, Ge, GaAs, InSb, GaN, CdTe.
• Biomateriais (Mat. Biocompaíveis)
São empregados em componentes para implantes de partes em seres humanos e animais. Os biomateriais não devem produzir substâncias tóxicas e devem ser compaíveis com o tecido humano (isto é, não deve causar rejeição). Ex: Metais, cerâmicos, compósitos e polímeros podem ser usados como biomateriais.
Qual o ipo de ligação química é usualmente presente nos seguintes materiais? • Metais: Ligação Metálica
• Cerâmicos: Ligação Iônica • Polímeros: Ligação Covalente • Compósitos: Ligação Covalente • Semicondutores: Ligação Covalente
2. Cite de forma resumida as principais diferenças entre ligação iônica, covalente e metálica.
Ligação Metálica
* Envolve comparilhamento de elétrons; * Não direcional;
* Metais possuem de um a três elétrons de valência;
* Os elétrons de valência passam a ser elétrons “livres”, que apresentam a mesma
probabilidade de se associar a um grande número de átomos vizinhos e formam uma nuvem eletrônica;
* É o ipo de ligação que ocorre entre os átomos de metais. Os átomos dos elementos metálicos apresentam forte tendência a doarem seus elétrons de úlima camada.
Ligação Iônica
* Envolve a transferência de elétrons de um átomo para outro; * A ligação é não-direcional;
* A ligação iônica resulta da atração eletrostáica entre dois íons de cargas opostas; * Como o próprio nome já diz, a ligação iônica ocorre com a formação de íons. A atração entre os átomos que formam o composto é de origem eletrostáica. Sempre um dos átomos perde elétrons, enquanto o outro recebe.
* O átomo mais eletronegaivo arranca os elétrons do de menor eletronegaividade. Ocorre entre metais e não metais e entre metais e hidrogênio.
Ligação Covalente
* Comparilhamento dos elétrons de valência de dois átomos adjacentes; * A ligação resultante é altamente direcional;
* É o ipo de ligação que ocorre quando os dois átomos precisam adicionar elétrons em suas úlimas camadas. Somente o comparilhamento é que pode assegurar que estes átomos ainjam a quanidade de elétrons necessária em suas úlimas camadas.
* Cada um dos átomos envolvidos entra com um elétron para a formação de um par
comparilhado, que a parir da formação passará a pertencer a ambos os átomos. Ocorre entre não metais e não metais, não metais e hidrogênio e entre hidrogênio e hidrogênio.
3. Qual o ipo de ligação você esperaria que se formasse para os seguintes compostos: Bronze (liga de Cu e Sn), GaSb, Al2O3 e Polieileno.
Bronze: Ligação metálica GaSb: Ligação metálica Al2O3: Ligação iônica
Polieileno: Ligação covalente
4. Dê a sua opinião sobre a seguinte airmação: Quanto maior a diferença nas eletronegaividades mais covalente é a ligação.
O grau do ipo de ligação depende da eletronegaividade dos átomos consituintes. Logo, quanto maior a diferença nas eletronegaividades mais iônica é a ligação e quanto menor a diferença nas eletronegaividades mais covalente é a ligação. Conclui-se então, que a airmação no enunciado é falsa.
5. Por que em geral os metais apresentam alta conduividade térmica e elétrica?
Os metais na forma natural têm muitos elétrons livres, elétrons que se desprendem dos seus átomos e formam nuvens eletrônicas. Esses elétrons livres é que são os principais responsáveis pela alta conduividade térmica e elétrica dos metais.
Corrente elétrica são vários elétrons ou íons, em outros casos se movendo, formando um luxo do maior potencial elétrico para o menor então, quanto maior a liberdade que os elétrons têm para se moverem, melhor condutores será o material. A conduividade térmica elevada dos metais é causada pelo mesmo fenômeno das nuvens de elétrons. Conduividade térmica em materiais sólidos é causada quando uma molécula ou átomo de grande energia bate no seu vizinho, transferindo parte de sua energia para a vizinha. Temperatura é a energia média dos átomos de um material. Como os elétrons têm uma liberdade de movimento muito maior que os átomos de um sólido, pertencentes a uma estrutura rígida, são mais fáceis pra eles baterem nos vizinhos, transportando a energia mais rapidamente. Conseqüentemente apresentando essa alta conduividade térmica.
6. Dê uma explicação sobre o porquê que geralmente materiais covalentes são menos densos que materiais metálicos e iônicos.
Densidade é a razão entre sua massa (M) e seu volume (V). Nas famílias, a densidade aumenta de cima para baixo, pois, nesse senido, a massa cresce mais que o volume.
Nos períodos, a densidade aumenta das extremidades para o centro, pois, quanto menor o volume, maior a densidade, já que a variação de massa nos períodos é muito pequena. As ligações iônicas são sempre entre um metal e um ametal.
As ligações covalentes geralmente ocorrem entre ametais, tendo por assim dizer, menos densidade. As ligações metálicas ocorrem sempre entre metais. A ligação covalente ocorre entre não metais e não metais, não metais e hidrogênio e entre hidrogênio e hidrogênio, que são compostos ou moléculas orgânicas cujas substâncias químicas que contêm na sua estrutura são Carbono e Hidrogênio, e muitas vezes com oxigênio, nitrogênio, enxofre, fósforo, boro, halogênios e outros, substâncias essas cuja densidade é menor quer as encontradas nas outras substâncias dos outros ipos de ligações.
8. Considerando a seguinte airmação correta “quantos mais próximos os átomos maior a força de atração entre eles“, explique então porque estes não se chocam.
A distância entre dois átomos é determinada pelo balanço das forças atraivas e repulsivas. Quanto mais próximos os átomos maior a força atraiva entre eles, mas maior ainda são as forças repulsivas devido à sobreposição das camadas mais internas.
Quando a soma das forças atraivas e repulsivas é zero, os átomos estão na chamada distância de equilíbrio. A inclinação da curva no ponto de equilíbrio dá a força necessária para separar os átomos sem promover a quebra da ligação, logo os átomos não se chocam.
Matemaicamente, energia (E) e força de ligações (F) estão relacionadas por: E= F.dr.
As forças de ligação são responsáveis pela união de átomos, ditam muitas propriedades ísicas dos materiais. Quanto à energia, ela sendo fornecida a um material, a vibração térmica faz com que os átomos oscilem, conclui-se então que elas são responsáveis pela união dos átomos e pela oscilação nos estados do átomo por isso, elas se relacionam, pois uma exerce inluência sobre a outra.
16.Explique a diferença entre materiais cristalinos de materiais não-cristalinos em termos de arranjo atômico.
Sólidos cristalinos são substâncias que pode ser considerada cristalina quando os
átomos ou moléculas que a consitui estão dispostos segundo uma rede tridimensional bem deinida e que é repeida por milhões de vezes. (Ordem de longo alcance)
Já os sólidos amorfos ou não-cristalinos em geral, não apresentam regularidade na distribuição dos átomos.
