Introdução

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TECNOLOGIA DOS MATERIAIS

Aula I- Escola Técnica de São Fidélis- Técnico em

mecânica-1ºMódulo

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O Átomo

 _{A intuição da existência de partículas indivisíveis}

que constituem todas as coisas foi relatada pelo filósofo grego Demócrito em aproximadamente 540 a.C.

 _{Com o estudo da eletrólise por Michael Faraday,}

na década de 1830, descobriu-se que os átomos se constituíram de partículas de carga elétrica negativa e de carga elétrica positiva

 _{Thomson criou um modelo atômico, apresentado}

na Figura ao lado, onde numa massa de material de carga positiva estavam encravados os elétrons, como passas em um bolo.

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Modelo de Rutherford

 _{Este modelo foi rapidamente superado em}

função da experiência de Ernest Rutherford e Ernest Mardsen realizada em 1911, que se constituía no bombardeio de uma finíssima folha de ouro com partículas alfa, de carga positiva.

 _{Caso o modelo de Thomson fosse verdadeiro,}

as partículas alfa se dispersariam pouco ao atravessar a folha de ouro.

 _{Modelo atômico de Rutherford onde o átomo}

é visto como um sistema solar em miniatura, com elétrons girando em tomo do núcleo, de carga positiva.

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Modelo de Bohr

 _{Em 1912 o físico dinamarquês Niels}

Bohr propôs que os elétrons deveriam girar somente a determinadas distâncias do núcleo

 _{Os elétrons irradiariam energia ao}

saltar de uma órbita de maior energia, situada mais próxima do núcleo, para outra de menor energia. No deslocamento no sentido contrário os elétrons absorveriam energia

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Configuração de Mínima Energia

 _{A Tabela a seguir apresenta a tabela periódica dos elementos,}

indicando, entre outras informações, seu número atômico e massa atômica (massa, em gramas, correspondente a 6,02 x 1023 átomos do

elemento).

 _{Os gases nobres (hélio, neônio, argônio, criptônio, xenônio e radônio)}

possuem um arranjo muito estável de oito elétrons na última camada (dois elétrons no caso do hélio), correspondendo a um baixo nível de energia.

 _{Os outros elementos, para adquirir a configuração altamente estável de}

oito elétrons no nível mais externo, devem:

 a) Receber elétrons

 b) Perder elétrons

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Ligação Iônica

 _{A ligação iônica é estabelecida}

entre um cátion (elemento que cede elétrons com facilidade) e um ânion (elemento com grande afinidade pelos elétrons).

 A atração entre íons de cargas

positivas e negativas produz a chamada ligação iônica, evidentemente só possível entre átomos de elementos diferentes.

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Ligação Covalente

 _{Na ligação covalente os átomos compartilham seus elétrons das órbitas mais externas,}

formando pares de elétrons (com spins opostos) que pertencem aos dois átomos.

 _{O intercâmbio oscilatório do par de elétrons entre os dois átomos, pertencendo ora a um, ora}

a outro, gera uma atração eletrostática, pois momentaneamente os átomos tomam-se ionizados.

 _{Um mesmo átomo pode participar de mais de uma ligação covalente. De um modo geral, o}

número de ligações será igual ao número de elétrons necessários para completar o último nível.

 _{No caso da molécula de água, por exemplo o átomo de oxigênio compartilha 2 pares de}

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Ligação Metálica

 Os íons de carga positiva assim gerados formam um arranjo regular e os elétrons livres, que não se encontram ligados a nenhum átomo em particular, circulam entre esses íons.

 _{A força de atração é conseqüência da interação entre os íons positivos e os} elétrons livres, que são compartilhados por todos os átomos.

 _{Os elétrons livres explicam a elevada condutividade elétrica dos metais,} pois as únicas resistências à movimentação da corrente elétrica são as colisões com os outros elétrons.

 A condutividade térmica dos metais advém da movimentação elevada dos elétrons, carregando energia térmica das regiões de temperatura mais elevada para regiões de temperatura mais baixa.

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Sistemas Cristalinos

 _{Os sistemas cristalinos contêm os reticulados espaciais conhecidos como}

redes de Bravais. Através de apenas 14 reticulados espaciais é possível descrever todos os cristais que podem ocorrer na natureza. Essas redes dizem como os átomos estão distribuídos no material

 _{Na figura a seguir estão apresentadas as células unitárias convencionais}

de cada rede espacial. Através da sua repetição no espaço reproduz-se todo o reticulado espacial.

 _{Note-se que qualquer ponto destes reticulados espaciais apresenta a}

mesma vizinhança, isto é, os outros pontos à sua volta situam-se na mesma posição relativa.

 _{O conceito de reticulado ou rede espacial é geométrico, As estruturas}

cristalinas materiais são constituídas pela repetição de um modelo atômico ou base, sobre cada ponto da rede espacial.

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Estrutura cristalina cúbica simples (CS)

 _{Nenhum metal cristaliza-se segundo a rede cúbica simples, pois esta}

estrutura é muito aberta e a ligação metálica atua no sentido de mais aproximar os átomos, formando malhas mais compactas.

 _{A célula unitária da rede cristalizada cúbica simples está indicada na}

figura 1.15, onde cada átomo ocupa o vértice de um cubo cuja aresta (a) é igual a 2 raios atômicos (r).

 _{O número de coordenação desta estrutura é igual a 6, isto é, cada}

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Estrutura cristalina cúbica de corpo centrado

(CCC)

 _{A estrutura cristalina cúbica de corpo centrado (CCC) apresenta um}

átomo em cada vértice da célula unitária e um átomo no centro

 _{A estrutura cristalina cúbica de corpo centrado (CCC) apresenta um}

átomo em cada vértice da célula unitária e um átomo no centro

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Estrutura cristalina cúbica de face centrada (CFC)

 A célula unitária da estrutura cristalina cúbica de face centrada (CFC)

que possui um átomo em cada vértice do cubo e um átomo no centro de cada face

 verifica-se que o número de coordenação da estrutura CFC é igual a

12 e também que a vizinhança de cada átomo é a mesma

 Cada célula unitária possui quatro átomos, um devido à soma das

frações de um oitavo, correspondentes aos átomos nos vértices, e mais três devido à soma das metades dos átomos dos centros das faces. O fator de empacotamento desta estrutura é igual a:

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Estrutura cristalina hexagonal compacta

(HC)

 _{A figura a seguir apresenta a célula unitária da estrutura cristalina}

hexagonal compacta, que possui um átomo em cada vértice do prisma hexagonal, um átomo no centro das bases e três átomos no centro do prisma.

 _{O número de átomos na célula unitária é igual a: 2 x 1/2 = 1 (átomos}

dos centros das bases) 12 x 1/3 x 1/2 = 2 (átomos dos vértices do prisma) 3 (átomos no centro do prisma) Total de átomos na célula unitária = 1 + 2 + 3 = 6

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

O número de coordenação de estrutura HC é igual

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DEFEITOS NA ESTRUTURA CRISTALINA

 _{Defeito cristalino: imperfeição do reticulado cristalino}  _{Classificação dos defeitos cristalinos:}

• Defeitos puntiformes (associados com uma ou duas posições atômicas): lacunas e átomos intersticiais.

• Defeitos de linha (defeitos unidimensionais): discordâncias • Defeitos bidimensionais (fronteiras entre duas regiões com diferentes estruturas cristalinas ou diferentes orientações

cristalográficas): contornos de grão, interfaces, superfícies livres, contornos de macla, defeitos de empilhamento.

• Defeitos volumétricos (defeitos

tridimensionais):

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Defeitos puntiformes :Lacunas e Auto-Intersticiais



• Lacuna (“vacancy”): ausência de um átomo em um ponto

do reticulado cristalino.

• Podem ser formadas durante a solidificação ou como

resultado de vibrações atômicas.

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Defeitos puntiformes : Lacunas e

Auto-Intersticiais



• Auto-intersticial: é um átomo que ocupa um

interstício da estrutura cristalina.

• Os defeitos auto-intersticiais causam uma

grande distorção do reticulado cristalino a

sua volta.

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Impurezas

 • É impossível existir um metal consistindo de um só tipo de

átomo (metal puro)

• As técnicas de refino atualmente disponíveis permitem obter metais com um grau de pureza no máximo de