Introdução Aos Materiais Dentários

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INTRODUÇÃO AOS

MATERIAIS

DENTÁRIOS

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(4)

TERCEIRA EDIÇÃO

R

ICHARD

VAN

N

OORT

BSc DPhil

Professor in Dental Materials Science, Department of Restorative Dentistry

University of Shefﬁ eld, Shefﬁ eld, UK

INTRODUÇÃO AOS

MATERIAIS

DENTÁRIOS

(5)

Tradução autorizada do idioma inglês da edição publicada por Mosby – um selo editorial Elsevier Inc. ISBN: 978-0-7234-3404-7

Nenhuma parte deste livro, sem autorização prévia por escrito da editora, poderá ser reproduzida ou transmitida sejam quais forem os meios empregados: eletrônicos, mecânicos, fotográﬁ cos, gravação ou quaisquer outros.

ISBN: 978-85-352-3547-0 Capa

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NOTA

O conhecimento médico está em permanente mudança. Os cuidados normais de segurança devem ser seguidos, mas, como as novas pesquisas e a experiência clínica ampliam nosso conhecimento, alterações no tratamento e terapia à base de fármacos podem ser necessárias ou apropriadas. Os leitores são aconselhados a checar informações mais atuais dos produtos, fornecidas pelos fabricantes de cada fármaco a ser administrado, para veriﬁ car a dose recomendada, o método e a duração da administração e as contraindicações. É responsabilidade do médico, com base na experiência e contando com o conhecimento do paciente, determinar as dosagens e o melhor tratamento para cada um individualmente. Nem o editor nem o autor assumem qualquer responsabilidade por eventual dano ou perda a pessoas ou a propriedade originada por esta publicação.

O Editor

CIP-BRASIL. CATALOGAÇÃO-NA-FONTE SINDICATO NACIONAL DOS EDITORES DE LIVROS, RJ N741i

Noort, Richard van

Introdução aos materiais dentários / Richard van Noort ; [tradução Débora Rodrigues Fonseca... et al.]. - Rio de Janeiro : Elsevier, 2010.

il.

Tradução de: Introduction to dental materials, 3rd ed Inclui bibliograﬁ a

ISBN 978-85-85-352-3547-0 1. Materiais dentários. I. Título. 09-5268. CDD: 617.695 CDU: 616.314-7

05.10.09 06.10.09 015532

Richard van Noort tem o direito de ser identiﬁ cado como autor desta obra de acordo com o Copyright, Designs and Patents Act, 1988.

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REVISÃO CIENTÍFICA E TRADUÇÃO

v

REVISÃO CIENTÍFICA

Alessandra Reis

Professora Adjunta do Departamento de Dentística da Universidade Estadual de Ponta Grossa, PR Doutora em Materiais Dentários pela Faculdade de Odontologia da Universidade de São Paulo (USP)

Alessandro Dourado Loguercio

Professor Adjunto do Departamento de Dentística da Universidade Estadual de Ponta Grossa, PR Doutor em Materiais Dentários pela Faculdade de Odontologia da USP

Mestre em Dentística pela Faculdade de Odontologia da Universidade Federal de Pelotas, RS

TRADUÇÃO

Adriana do Socorro Lima Figueiredo (Caps. 1.4, 3.2. 3.5)

Especialista em Implantodontia pela Universidade Camilo Castelo Branco (Unicastelo), SP Cirurgiã-dentista pela Universidade Federal do Pará

Débora Rodrigues Fonseca (Caps. 2.1, 2.3 a 2.5 e 2.7)

Mestre em Anatomia (Ciências Morfológicas) pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) Especialista em Cirurgia e Traumatologia Bucomaxilofacial pela UFRJ

Cirurgiã Bucomaxilofacial do Hospital Geral do Andaraí, RJ

Subchefe do Serviço de Cirurgia e Traumatologia Bucomaxilofacial do Hospital Estadual Getulio Vargas, RJ

Lorena Da Rós Gonçalves (Caps. 1.1 e 1.7 a 1.9)

Professora do Instituto Orthodontic da Fatec, Niterói, RJ Mestre e Especialista em Periodontia pela UFRJ

Especialista em Implantodontia pela Universidade Federal do Espírito Santo (UFES) Graduada em Odontologia pela UFES

Marco Antonio Gallito (Caps. 1.6 e 1.10)

Professor Adjunto de Clínica Integrada da Universidade Federal Fluminense (UFF)

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vi

REVISÃO CIENTÍFICA E TRADUÇÃO

Mariana Alves de Sá Siqueira (Caps. 1.5, 2.2 e Índice)

Doutoranda em Periodontia pela UERJ

Mestre em Ciências (pós-graduação em Ciências Médicas) pela UERJ Especialista em Periodontia pela Universidade Veiga de Almeida (UVA), RJ Graduada em Odontologia pela UERJ

Mariana Ribeiro de Moraes Rego (Caps. 3.6 a 3.8)

Professora Assistente do Departamento de Prótese da UERJ

Mestre em Reabilitação Oral pela Faculdade de Odontologia de Bauru (FOB-USP)

Mayra Cardoso (Cap. 3.4)

Mestre em Prótese Dentária pela UERJ

Especialista em Prótese Dentária pela Universidade do Grande Rio (Unigranrio), RJ

Rodrigo Melo do Nascimento (Cap. 3.9)

Pós-graduado em Radiologia Oral (lato sensu) pela UFRJ Graduado em Odontologia pela UFRJ

Sarah Aparecida Ferreira Antero (Caps. 1.2, 2.6 e 3.1)

Ex-residente e Especialista em Cirurgia e Traumatologia Bucomaxilofaciais pela UERJ Especialista em Estomatologia pela UFRJ

Integrante da equipe de CTBMF do Hospital Geral de Bonsucesso e do Hospital Estadual Getulio Vargas, RJ

Vinícius Farias Ferreira (Caps. 1.3 e 3.3)

Mestre em Clínica Odontológica (Periodontia) pela UFF Especialista em Prótese Dentária pela Puc-Rio

(8)

PREFÁCIO

vii

É raro um procedimento dentário restaurador que não utilize um material dentário de um modo ou de outro. Atualmente, com o rápido desenvolvimento dos mate-riais dentários, a sobrevida típica dos matemate-riais dentários, antes de sua modifi cação ou substituição, pode algumas vezes ser menor que 3 anos. Portanto, dentro de um período muito curto, muitos materiais atualmente em uso serão substituídos por novos. Temos presenciado a introdução de novos materiais restauradores, tais como cimentos de ionômero de vidro modifi cado por resina e compômeros, e o desenvolvimento de novos procedi-mentos para adesão em metais. A necessidade da terceira edição deste livro após apenas 6 anos de sua segunda edição é a prova de que mudanças rápidas estão ocor-rendo. Assim, muito do aprendizado sobre os materiais obtido por um estudante de graduação será alterado ou substituído quando ele se tornar um clínico. Para acom-panhar os rápidos avanços dos materiais dentários, o dentista precisa estar apto a avaliar o potencial desses materiais novos, o que requer mais que um conheci-mento superfi cial dos materiais usados. O profundo conhecimento e a análise da composição, da química e das propriedades dos materiais dentários fornecerão a base necessária para se alcançar isso. O dentista é o prin-cipal responsável sobre a origem dos produtos a serem utilizados no tratamento dentário do paciente, por con-seguinte, precisa ter um conhecimento sólido sobre os materiais utilizados.

Este livro é dividido em três seções, cada qual abor-dando um diferente aspecto da ciência dos materiais dentários.

SEÇÃO I: CIÊNCIA BÁSICA DOS

MATERIAIS DENTÁRIOS

Com capítulos sobre ligações atômicas, metais, cerâ-micas e polímeros, essa seção descreve a estrutura dos materiais. Além disso, há outros capítulos que apre-sentam a terminologia usada na descrição do

compor-tamento físico, químico e mecânico dos materiais. E um capítulo em separado é dedicado aos princípios da adesão.

SEÇÃO II: MATERIAIS DENTÁRIOS DE

USO CLÍNICO

Essa seção trata dos materiais comumente usados no atendimento odontológico, incluindo amálgama den-tário, resina composta e compômeros, cimentos de ionômero de vidro e cimentos de ionômero de vidro modiﬁ cados por resina. São discutidas a composição, a química, as características de manipulação e as proprie-dades apropriadas para seu uso clínico. O capítulo sobre materiais intermediários aponta as questões relacionadas à proteção pulpar, o que também se faz presente no capítulo sobre materiais endodônticos – capítulo que foi ampliado para incluir informações sobre a ampla variedade de sistemas de pinos e núcleos. A adesão da resina ao esmalte e à dentina é abordada em um capítulo separado, reﬂ etindo a alta importância desse assunto na prática clínica. Os materiais de moldagem também são discutidos nessa seção.

SEÇÃO III: MATERIAIS DENTÁRIOS

DE USO LABORATORIAL E MATERIAIS

CORRELACIONADOS

Nessa seção, são apresentados ao estudante os mate-riais usados pelos técnicos dentários na construção de próteses ﬁ xas e removíveis. O conhecimento sobre os materiais disponíveis e sua utilização auxiliará no desen-volvimento da compreensão sobre o trabalho do técnico e facilitará a comunicação com os técnicos protesistas. Também foi incluído nessa seção um capítulo sobre cimentação, descrevendo a ampla variedade de mate-riais e procedimentos usados na Odontologia quando são realizadas restaurações indiretas.

(9)

viii

PREFÁCIO

A fi losofi a das edições anteriores deste livro era tornar a ciência dos materiais dentários facilmente acessível para o estudante de Odontologia. Embora haja uma tendência de se usar a oportunidade de uma nova edição para se mudar tudo, resisti a isso o máximo possível. Optei por manter a simplicidade e clareza que sinto ter alcançado na primeira edição. Entretanto, os leitores familiarizados com as edições anteriores observarão que, no intuito de refl etir as mudanças nos materiais dentários de uso clínico, foram adicionadas muitas informações. Mantive os quadros de comentários ao longo do texto para enfa-tizar os pontos de importância clínica, os quais espero que o leitor continue achando útil.

Deve-se observar que este livro foi elaborado com base na necessidade de conhecimento e é apenas o primeiro passo em direção ao processo de leitura independente

e avaliação crítica dos materiais dentários. Conforme o título sugere, esta obra representa apenas uma introdu-ção aos materiais dentários e obviamente existe muito mais a ser aprendido. A lista de leitura complementar ao ﬁ nal de cada capítulo foi atualizada novamente, e o leitor é instigado a aproveitar o conhecimento que pode ser adquirido ao se ampliar a leitura sobre um assunto.

O objetivo deste livro é guiar os leitores por uma longa estrada para que se tornem clínicos bem-informados, que não saibam apenas o que deve ser feito e como deve ser feito, mas também por que deve ser feito. Acredito que o estudante da ciência dos materiais dentários encontrará neste livro o primeiro passo rumo à direção certa.

R. van Noort 2007

(10)

SUMÁRIO

ix

Prefácio vii

SEÇÃO UM

CIÊNCIA BÁSICA DOS MATERIAIS DENTÁRIOS 1

1.1 Biomateriais, biocompatibilidade e biomecânica 3

1.2 Uma perspectiva histórica 7

1.3 Estrutura atômica da matéria 13

1.4 Estrutura das cerâmicas 21

1.5 Estrutura dos metais e das ligas metálicas 27

1.6 Estrutura dos polímeros 33

1.7 Propriedades

mecânicas 43

1.8 Propriedades

físicas 51

1.9 Propriedades

químicas 61

1.10 Princípios de adesão 67

SEÇÃO DOIS

MATERIAIS DENTÁRIOS DE USO CLÍNICO 77

2.1 Amálgamas dentários 79

2.2 Resinas compostas e resinas compostas modiﬁ cadas por poliácido 93

2.3 Cimentos de ionômero de vidro e cimentos de ionômero de vidro

modiﬁ cados por resina 119

2.4 Materiais restauradores intermediários 135

2.5 Adesão ao esmalte e à dentina 143

2.6 Materiais

endodônticos 161

2.7 Materiais de moldagem 175

(11)

x

SUMÁRIO

SEÇÃO TRÊS

MATERIAIS DENTÁRIOS DE USO LABORATORIAL E MATERIAIS

CORRELACIONADOS 197

3.1 Produtos à base de gesso 199

3.2 Resinas para base de prótese 205

3.3 Ligas fundidas para restaurações metálicas 215

3.4 Cerâmicas

odontológicas 225

3.5 Restaurações cerâmicas aderidas ao metal 233

3.6 Restaurações de cerâmica pura: núcleo cerâmico de alta

resistência

243 3.7 Restaurações de cerâmica pura: cerâmicas unidas com resina 249

3.8 Agentes de cimentação 257

3.9 Aço

inoxidável 277

(12)

CIÊNCIA BÁSICA

DOS MATERIAIS

DENTÁRIOS

Esta seção trata da relação entre a

microestrutura e as propriedades dos

materiais.

Para entender por que diferentes

materiais devem apresentar

diversas propriedades e o que essas

propriedades representam em relação

ao seu uso, é necessário compreender

algo sobre a ciência dos materiais.

Como este livro não procura torná-lo

cientista em materiais, mas dentista

com um bom conhecimento em

materiais dentários, apenas os aspectos

do comportamento dos materiais

que são pertinentes às aplicações

odontológicas serão considerados.

SEÇÃO UM

As questões a serem abordadas nesta

seção são:

■

Quais são as características

microestruturais dos materiais?

■

Como descrever as características

comportamentais dos diferentes

materiais?

(13)

(14)

3 Capítulo 1.1

BIOMATERIAIS

Os materiais restauradores odontológicos descritos neste livro são um subgrupo especial que geralmente são des-critos como biomateriais. Quando um material é inserido sobre ou colocado em contato com o corpo humano, em geral é chamado de biomaterial. Um biomaterial pode ser deﬁ nido como um material não vivo designado a interagir com sistemas biológicos.

As três principais áreas de emprego dos biomateriais são:

■ materiais dentários restauradores, por exemplo, mate-riais restauradores metálicos e resinosos, e ligas e cerâmi-cas fundidas para prótese ﬁ xa e removível intraoral;

■ implantes estruturais, por exemplo, implantes oral e maxilofacial e próteses articulares;

■ implantes cardiovasculares, por exemplo, cateteres, prótese de válvulas cardíacas e vasos sanguíneos e membranas de diálise e oxigenador.

Neste livro iremos nos concentrar apenas nos mate-riais restauradores dentários. Um grande espaço é dire-cionado para dois aspectos importantes no seu uso: sua composição e suas propriedades características. Também há considerações sobre a biocompatibilidade e biomecâ-nica, que devem ser consideradas no uso clínico.

BIOCOMPATIBILIDADE

Quando um biomaterial é colocado em contato com os tecidos e ﬂ uidos do corpo humano, invariavelmente existe alguma forma de interação entre o material e ambiente biológico. Essa interação é chamada biocompatibilidade.

Um material pode ser dito biocompatível quando tem a qualidade de não ser destrutivo no ambiente bioló-gico. É importante observar que essa interação ocorre de duas maneiras: o material pode ser afetado de algum modo pelo ambiente biológico, e, de modo equivalente,

o ambiente biológico pode ser afetado pelo material. Em ambas as vias, a interação deve ser benéﬁ ca ao paciente e, acima de tudo, deve ser segura para todos os pacientes contra qualquer reação colateral.

As reações biológicas podem ocorrer no local ou di s-tan te do sítio de contato (p. ex., sistemicamente). A última, é uma consideração muito importante porque nem sempre estará aparente que os sintomas clínicos tais como reações dermatológicas, reumáticas ou neurais, estejam associados ao biomaterial. Tanto o paciente como os proﬁ ssionais da odontologia estão expostos a essas interações e potenciais riscos, com o paciente sendo receptor dos materiais restauradores e os proﬁ ssionais da odontologia, manipuladores dos materiais diariamente.

As possíveis interações entre os materiais dentários restauradores e o ambiente biológico incluem:

■ sensibilidade pós-operatória;

■ toxicidade;

■ corrosão;

■ hipersensibilidade/alergia.

A sensibilidade pós-operatória é a reação local ao pro-cedimento restaurador. Está frequentemente associada à inserção de materiais restauradores, onde existe uma reação pulpar adversa após o procedimento operatório. Embora antes se acreditasse que isso decorria da falta de biocompatibilidade do material restaurador em si, agora é bem aceito que um papel importante é desem-penhado pelo ingresso de bactérias nas fendas entre o material restaurador e os tecidos dentários. Se o material restaurador foi capaz de prover um selamento hermético, que poderia impedir a invasão bacteriana, a sensibili-dade pós-operatória desta fonte seria menos provável de estar presente. Uma reação pulpar pode ainda surgir se o material restaurador for tóxico à polpa. A prevenção de invasão bacteriana é uma consideração importante no desenvolvimento dos materiais restauradores adesivos.

Alguns materiais têm efeito positivo distinto na polpa: por exemplo, o hidróxido de cálcio induz a formação

BIOMATERIAIS,

BIOCOMPATIBILIDADE

E BIOMECÂNICA

(15)

CIÊNCIA BÁSICA DOS MATERIAIS DENTÁRIOS

4

de dentina secundária pela polpa. Isto enfatiza que o requisito para o material ser compatível não é o de estar inerte no ambiente biológico (p. ex., que não provoque nenhuma reação), mas que deve, idealmente, induzir uma resposta que seja apropriada para a situação e alta-mente benéﬁ ca.

A corrosão é uma interação indesejada entre o ambiente biológico e o biomaterial. Um dos exemplos odonto-lógicos mais conhecidos é a corrosão dos amálgamas dentários. Essa corrosão causa a alteração de cor dos tecidos dentários e também está associada a uma comum observação da quebra das margens das restaurações de amálgama. Os materiais restauradores à base de compó-sitos são conhecidos por sofrer alteração de cor na boca devido à ação corrosiva ao ambiente, e isso faz com que sejam substituídos quando a estética se torna inacei-tável. Os efeitos corrosivos ao ambiente biológico das ligas fundidas usadas na construção de próteses ﬁ xas ou removíveis intraorais também são alvo de preocupação. Quando um material é suscetível à corrosão no ambiente oral, ele tende a liberar grandes quantidades de produtos de corrosão dentro dos tecidos biológicos orais; isso pode provocar efeitos colaterais local ou sistemicamente.

Alguns pacientes podem desenvolver reações alérgicas ou de hipersensibilidade a quantidades muito pequenas de metais, tais como: mercúrio, níquel e cobalto; que podem ser liberados devido ao processo corrosivo. Assim, é importante que os biomateriais sejam altamente resis-tentes à corrosão.

O mercúrio é conhecido por ser altamente tóxico quando presente em quantidades suﬁ cientes, isso recen-temente provocou incentivos para seu uso ser banido.

Com base no que foi descrito, deve estar claro que é muito importante que o dentista conheça a compo-sição e a química dos materiais a serem usados na cavi-dade oral e como esses materiais podem interagir com o ambiente biológico.

IMPORTÂNCIA CLÍNICA

Os proﬁ ssionais da odontologia são os principais responsáveis pelos materiais aos quais os pacientes serão expostos. Eles devem ter conhecimento e entendimento da composição dos materiais a serem usados e como podem afetar o paciente.

BIOMECÂNICA

Enquanto a biocompatibilidade está relacionada aos aspectos de segurança e com as interações biológicas e químicas entre o biomaterial e o ambiente biológico, existem outros pontos com enormes implicações para o desempenho dos materiais dentários restauradores.

Por exemplo, precisamos conhecer como os materiais usados são capazes de suportar as forças geradas tanto da mastigação como da oclusão, ou uma variedade de outras fontes, tais como a contração de polimerização ou ,contração e expansão térmica. O ambiente também pode inﬂ uenciar o desempenho em longo prazo do mate-rial, se, por assim dizer, ele é suscetível à corrosão ou à absorção de ﬂ uidos orais.

A função das estruturas dentais, tais como: restaura-ções, coroas e pontes depende; portanto, não apenas das propriedades dos materiais, como também da qualidade do desenho empregado.

O comportamento dos materiais em estruturas reais é conhecido como mecânica. Os engenheiros usam essa abordagem no desenho de edifícios, pontes, carros etc. Por exemplo, com o conhecimento das propriedades dos materiais e do desenho de uma viga de concreto, é possível calcular se o desenho desta viga suportará a carga da estrutura sobre ela. De modo similar, é possível desenhar pontes suspensas, que não desmoronam com o peso do tráfego.

Quando a mecânica é aplicada aos biomateriais, é chamada biomecânica; é a aplicação dos princípios da engenharia ao corpo humano.

Um exemplo restaurador odontológico em que as considerações da biomecânica são importantes é a fra -tura de uma restauração. Esse problema aparece com os amálgamas dentários em particular; cuidado com as limitações desse material restaurador e como essas afetam o desenho das cavidades pode evitar muitas falhas em potencial. A fratura de um segmento cerâ-mico de uma restauração metalocerâmica pode ocorrer devido a cargas excessivas de interferências oclusais; isso pode ser evitado por um desenho modiﬁ cado.

De modo similar, a falha de uma ligação adesiva entre a restauração e o dente pode ocorrer devido a limitações das propriedades de um dado material em particular, tal como a contração por polimerização, gerando tensão na interface excessiva. A falha adesiva persistente de uma ponte cimentada com resina pode ocorrer devido a um desenho inadequado que é incapaz de resistir às cargas aplicadas. Tal problema não deve ser resolvido meramente pela nova cimenta-ção da ponte, e uma abordagem alternativa deve ser considerada.

Quando duas superfícies entram em contato, existe uma tendência para que uma das superfícies provoque remoção do material da outra superfície. Isso é o pro-cesso de desgaste, e continua a ser um problema nos materiais restauradores à base de compósitos. A principal contribuição para o processo de desgaste é a carga apli-cada. Também é importante conhecer como essa carga provoca dano ao material. As restaurações podem ser desenhadas para que minimizem esse problema, e não devem ser usadas em circunstâncias nas quais o material é inadequado.

(16)

BIOMATERIAIS, BIOCOMPATIBILIDADE E BIOMECÂNICA

5

Esses tipos de interação entre as propriedades de um material, desenho estrutural e ambiente formam a base da biomecânica.

IMPORTÂNCIA CLÍNICA

É importante que o clínico seja capaz de distinguir entre as falhas do material e no desenho do preparo cavidade.

RESUMO

O principal objetivo de um bom desenho na odontologia restauradora é evitar o fracasso da restauração. Entre-tanto, deve-se observar que a falha pode se originar de várias maneiras. Algumas falhas podem ser devido à falta de estética. Um exemplo claro disso é a alteração de cor de materiais restauradores à base de compósitos, e isso

indica a falta de estabilidade química no ambiente bio-lógico. Um material pode precisar ser removido porque provoca uma reação alérgica ou corrói excessivamente. Esses são aspectos da biocompatibilidade do material.

Do mesmo modo, uma restauração pode fracassar mecanicamente porque fratura ou mostra um desgaste excessivo, possivelmente por causa do desenho ruim ou porque o material foi usado em circunstâncias inadequa-das para essas propriedades.

Então, o desempenho clínico das restaurações dentá-rias depende de:

■ seleção apropriada do material, com base no conheci-mento das suas propriedades;

■ ótimo desenho da restauração; e

■ conhecimento de como o material interagirá com o ambiente biológico.

Todos esses aspectos de biocompatibilidade e biome-cânica dos materiais dentários serão abordados de modo apropriado.

LEITURA COMPLEMENTAR

Brunski JB, Puleo DA, Nanci A (2000) Biomaterials and biomechanics of oral and maxillo-facial implants: current status and future developments. Int J Oral Maxillofac Implants 15: 15

Eliades G, Eliades T, Brantley WA, Watts DC (2003) Dental materials in vivo: aging and related phenomena. Qintessence Publishing Co,

Chicago, IL

Esquivel-Upshaw JF, Anusavice KJ (2000) Ceramic design concepts based on stress distribution analysis. Compend Contin Educ Dent 21: 649

Smith DC (1982) The biocompatibility of dental materials. In: Smith DC, Williams DF (eds) Biocompatibility of dental materials, vol 1, ch 1. CRC Press, Boca Raton, FL Waters NE (1992) Dental biomechanics and the dental

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7 Capítulo 1.2

INTRODUÇÃO

Acredita-se que a dentição defi ciente é um problema dos tempos modernos, iniciado como uma consequência do excesso de tudo que “é ruim, mas é bom”! À primeira vista, a dieta de antigamente, que consistia em carne crua, peixe, pão de centeio e grãos, deveria ser conside-rada melhor para a dentição do que os alimentos cozidos e com altos teores de açúcares consumidos hoje. Entre-tanto, os alimentos não eram lavados com tanto cuidado quanto agora, o que signifi ca que continham grãos de areia, pedras e cascas, que tinham o efeito de desgasta as superfícies triturantes dos dentes. A camada protetora de esmalte é fi na e a dentina adjacente era desgastada rapidamente. Por fi m, a polpa era exposta e invadida por bactérias que, pouco depois, causavam a formação de um abscesso, não deixando outro recurso senão a exodontia do dente acometido. Os problemas decorrentes eram ter-ríveis e retornaremos a estas questões mais adiante.

Deste modo, a perda de dentes não é de forma alguma um problema recente e tem acompanhado a humani-dade ao longo do tempo.

ETRUSCOS (1000-600 A.C.)

Para veriﬁ car os registros mais antigos sobre o tratamento da patogênese dentária, temos que recorrer a períodos bem anteriores à época de Cristo. Embora muito tenha se perdido com o passar do tempo, os etruscos realmente deixaram um legado odontológico de alta qualidade.

Os etruscos foram um povo vindo do Oriente “Próximo” e que se estabeleceram na península da Itália. Foram os antepassados dos romanos (sobre os quais tiveram grande infl uência) e prepararam as bases para a formação do Império Romano. A qualidade de seus trabalhos artesa-nais era excepcional. Suas habilidades eram empregadas para boas fi nalidades, uma vez que desgastavam dentes de cadáver modelando-os como os dentes artifi ciais e usavam

o ouro para adaptar o dente no lugar. O ouro possuía duas vantagens: ser esteticamente aceitável e ser um dos poucos metais disponíveis com a maleabilidade necessária para a produção de formas complexas.

Os romanos devem ter herdado, pelo menos, parte do interesse dos etruscos sobre dentes, como evidenciado em um dos artigos da lei das Doze Tábuas, que estabe-lecia que:

Causar a perda de um dente de um homem livre resul-tará em uma multa de 300 As.

Mais notável, talvez, seja o fato de que esta proteção também era oferecida aos escravos; entretanto, neste caso a multa era de apenas 100 As. Embora não tenham restado evidências físicas sobre o uso de próteses dentais, pode-se inferir que os mesmos tenham sido utilizados com base nos registros escritos. Horácio (65 a.C.) escre-veu sobre “bruxas sendo perseguidas e correndo tão rápido que uma delas perdeu seus dentes” e ainda, mais tarde, Martial (40-100 d.C.) fez referência a dentes de marﬁ m e madeira.

A IDADE DAS TREVAS

Pouco se sabe sobre o que aconteceu na Odontologia desde a época de Martial até o século XVI e este período deve ser considerado como a “Idade das Trevas da Odon-tologia”. Devemos esse período a nossa santa padroeira das doenças odontológicas, Santa Apolônia. Ela foi inci-tada a proferir blasfêmias, sob a ameaça de ter seus dentes extraídos ou ser queimada na fogueira. Ela escolheu ser queimada! Isto deixou a igreja realmente em um dilema, pois poderia ser interpretado como suicídio, que não era permitido. Neste caso o problema foi contornado ao considerarem a situação como vontade divina.

Há registros curiosos dispersos por todo este período, mostrando que a dor de dente era um problema per-sistente. Por exemplo, uma pessoa ilustre ﬁ cou

conhe-UMA PERSPECTIVA

HISTÓRICA

(19)

8

cida por cobrir seu rosto com um tecido a ﬁ m de esconder a perda de dentes, sempre que havia uma importante função a ser executada. Esta era ninguém menos que a Rainha Elizabeth I. Havia também Luis XIV, o “Rei Sol”, que sofria muito com as dores de dente e teve que tomar muitas decisões importan-tíssimas, como a revogação do Edito de Nantes (em 1642), enquanto sofria com dores insuportáveis. Possi-velmente isto aturdiu seu julgamento.

AS PRIMEIRAS DENTADURAS

(SÉCULO XVIII)

No século XVIII, tornou-se possível produzir modelos razoavelmente precisos da boca com o uso de cera. Estes modelos eram então usados como moldes sobre os quais dentaduras de marfi m eram esculpidas na forma neces-sária. Na fase fi nal do século XVIII, vários artesãos pro-duziam dentes de marfi m delicadamente esculpidos. Eles se fi xaram nos negócios exclusivamente para fornecer dentes falsos aos mais abonados. Claro que este tipo de Odontologia não estava disponível para a população em geral.

Dentaduras inferiores feitas de marfi m e dentes de cadáveres funcionavam razoavelmente bem e manti-nham sua posição sem muita difi culdade, especialmente se reforçadas por um pouco de chumbo. As difi culdades realmente existiram com as dentaduras superiores que não se mantinham no lugar devido ao peso e ao encaixe defi ciente. A fi m de superar este problema, a dentadura superior era encaixada sobre a inferior com o uso de molas ou dobradiças. Esta técnica garantia que a denta-dura superior seria sempre empurrada para cima contra o palato, porém, como se pode imaginar, eram próteses grandes, incômodas e muito pesadas.

Obviamente, o uso de dentes de cadáveres não era higiênico. Da mesma forma, o marﬁ m é levemente poroso e assim apresentava-se como um substrato ideal para o acúmulo de bactérias. De fato, George Washington embebia regularmente suas dentaduras em vinho do Porto, aparentemente para tolerar o gosto desagradável e disfarçar o odor.

Em 1728, Fauchard sugeriu que as dentaduras deve-riam ser confeccionadas com porcelana ao invés das inser-ções de marﬁ m com dentes de cadáveres, alegando que a porcelana seria mais atraente (já que poderia ser pigmen-tada se necessário) e consideravelmente mais higiênica. O que tornou esta sugestão possível foi a introdução na Europa do segredo da confecção da porcelana pelo padre d´Entrecolle, um jesuíta que havia passado muitos anos na China. Devido aos problemas da alta contração da porcelana durante a cocção, não surpreende que tivemos que esperar até 1744 pelo primeiro registro documentado de uma dentadura de porcelana, confeccionada por um homem chamado Duchateau.

A ERA VITORIANA

Os vitorianos desaprovavam o uso de dentaduras por se tratar de uma extrema vaidade, porém, mais ainda, devido ao fato de serem inúteis para a mastigação! Contudo, dentes falsos ainda eram usados em grande parte pelos ricos. Comenta-se que o fato de não serem funcionais, combinado com o recato vitoriano, está por trás do hábito que se desenvolveu durante aquela época de comer na cama logo antes do jantar. Um hábito que dava segurança contra qualquer possível desastre na mesa do jantar assim, como tornava possível as afetações românticas que as jovens damas mantinham no ar.

Várias descobertas importantes feitas durante o século XIX tiveram um profundo efeito no tratamento das doenças dentárias. A primeira delas foi feita por volta de 1800 por um “dentista” da Filadélﬁ a chamado James Gardette.

Ele havia esculpido um conjunto completo de denta-duras de marﬁ m e as entregou à paciente dizendo que não tinha tido tempo de encaixar as molas, mas que vol-taria para fazê-lo assim que pudesse. (Era costume naque-les dias que o dentista visitasse o paciente!) Resultou que quando Gardette retornou, ele se espantou ao pedir que a paciente fosse buscar as dentaduras e a paciente respondeu que ela as estava usando desde a entrega. Ela observou que as dentaduras estavam um pouco descon-fortáveis inicialmente, mas insistiu, e, logo após, notou que elas estavam bastante confortáveis e que as molas não eram necessárias.

Ao examinar as dentaduras, ele percebeu imediata-mente que a retenção das mesmas se dava por uma combinação de efeito de sucção, criado pela pressão dife-rencial da atmosfera e da película de fl uido, e dos efeitos da tensão de superfície do fl uido. Esta retenção foi conse-guida devido ao encaixe preciso da dentadura, tornando as molas desnecessárias, caso a dentadura pudesse ser feita de modo a encaixar-se o mais fi elmente possível aos contornos das estruturas bucais. Infelizmente, a pro-dução de dentaduras bem ajustadas ainda representa um sério problema, ao qual retornaremos adiante.

Nessa época, a extração de um dente comprometido representava um problema terrível porque não havia métodos indolores para realizar a exodontia. Esta situa-ção mudou radicalmente em 1844 devido à astúcia de um jovem dentista chamado Horace Wells que descobriu os efeitos anestésicos do óxido nitroso, mais conhecido como “gás hilariante”. Numa noite, ele estava presente em uma apresentação pública sobre os efeitos agradáveis do gás hilariante. Um amigo que tinha se submetido ao gás ﬁ cou muito violento enquanto estava sob seu efeito e, em meio à confusão, ele tropeçou e feriu gravemente sua perna. Ele não percebeu o ferimento até que Wells apontou para a perna suja de sangue e ele respondeu não ter sentido nada. Wells percebeu imediatamente a

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UMA PERSPECTIVA HISTÓRICA

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importância da descoberta e no dia seguinte se submeteu à remoção de um de seus próprios dentes com a ajuda do gás. O procedimento acabou sendo altamente bem-sucedido e, pouco depois, muitas vítimas de odontalgias foram submetidas a exodontias indolores.

Infelizmente, Wells não viveu o suﬁ ciente para ver os benefícios de sua descoberta, já que cometeu suicídio três anos mais tarde após tornar-se viciado em clorofór-mio. Como consequência da descoberta de Wells, muitas pessoas tiveram seus dentes extraído sem dor.

Naquela época, poucos tinham condições de comprar uma dentadura esculpida em marfi m ou porcelana. Outras técnicas tinham sido desenvolvidas, pelas quais era possível obter impressões precisas das estruturas bucais e boa parte do marfi m era substituída por ouro coesivo, martelado até obter uma estrutura delgada sobre um modelo. A fi xação dos dentes artifi ciais ao ouro era um processo difícil e demorado e, como as dentaduras, era também caro.

Esta situação estava para mudar de maneira drástica com a invenção de Charles Goodyear (por volta de 1850) do processo de vulcanização. Neste processo, a borracha era endurecida na presença de enxofre para produzir um material chamado vulcanite. Este material não era apenas barato, mas também fácil de trabalhar; poderia ser modelado para fornecer um encaixe preciso ao modelo e, portanto, às estruturas bucais. Entretanto, a ideia não se propagou tão rapidamente como se esperaria porque a empresa Goodyear Rubber detinha todas as patentes do processo e cobrava dos dentistas até US$ 100 por ano para usá-lo, além de uma taxa de US$ 2 por dentadura. Esta situação mudou quando a patente expirou em 1881 e dentaduras baratas poderiam se tornar disponíveis para as pessoas necessitadas.

Atualmente, a vulcanite foi substituída pelas resinas acrílicas, que surgiram com a descoberta dos polímeros sintéticos, inicialmente confeccionados entre as duas Guerras Mundiais. A cera também foi substituída por uma ampla gama de materiais para moldagem bucal com qualidades muito superiores; o que possibilitou a cons-trução de próteses complexas e bem ajustadas.

CONSERVAÇÃO DENTÁRIA

Se o século XIX foi a época da substituição dentária, o século XX deve ser considerado a época da preservação dentária. Por exemplo, em 1938, 60% dos tratamentos odontológicos ainda envolviam o fornecimento de den-taduras, mas em 1976 este número caiu para 7%, com o restante consistindo essencialmente em procedimentos odontológicos conservadores.

É claro que a ideia de preservar um dente com lesão de cárie não era, de forma alguma, nova. Já no sécu lo XI, Rhazes sugeriu que cavidades dentárias poderiam ser pre-enchidas com uma mistura de alume, barro e mel. O óleo

de cravo foi lançado por Ambrose Pare (1562) para aliviar a dor de dente e Giovanni de Vigo (1460-1520) sugeriu o uso de folhas de ouro para preencher cavidades. Pierre Fauchard (1728), considerado por muitos o pai da Odon-tologia, discutiu muitos aspectos desta proﬁ ssão, incluindo procedimentos operatórios e protéticos, mencionando o chumbo, o estanho e o ouro como possíveis materiais de preenchimento.

Entretanto, havia várias lacunas importantes sobre o conhecimento da dentição que impediam o desenvolvi-mento de técnicas odontológicas conservadoras.

Havia uma falta de compreensão sobre as razões que levaram a lesão de cárie dentária, a qual era original-mente atribuída a algum espírito maligno que invadia o dente. Alguns pensavam que a degradação ocorria por causa de vermes e estimulavam o uso de várias tinturas desagradáveis com o objetivo de matá-los.

Os primeiros procedimentos odontológicos conser-vadores sérios não foram colocados em prática até a segunda metade do século XIX. A partir de então foi possível trabalhar nos dentes dos pacientes sem causar desconforto e dor intensa, graças à descoberta dos anes-tésicos. Esta descoberta tornou possível o uso das brocas odontológicas.

A primeira broca somente tornou-se disponível por volta de 1870, o que é surpreendente, já que a perfuração de um dente sem anestesia seria impensável. Agora o preparo dos dentes poderia ser realizado, sendo possível executar procedimentos mais ousados do que meramente a extração em massa dos dentes com lesões de cárie.

COROAS E PONTES

Por volta da virada do século, alguns trabalhos odontoló-gicos altamente avançados foram executados de maneira que dentes gravemente destruídos podiam ser recons-truídos com coroas de porcelana. Este procedimento foi beneﬁ ciado pela invenção de um cimento que endu-receria na boca (isto é, cimento de fosfato de zinco), o qual ainda é até hoje amplamente utilizado. As cartas de Roosevelt, presidente dos Estados Unidos da América, aos seus pais quando era jovem, ilustra a grande satisfa-ção proporcionada pela nova invensatisfa-ção:

Depois do almoço fui ao dentista e agora estou sem o meu dente da frente. O dentista o arrancou bem rápido e sem dor, fez moldagem da raiz e do espaço e está cozinhando a peça de porcelana. Espero colocá-la na próxima sexta-feira e, até lá, evitarei qualquer evento social, pois me sinto ridículo falando assobiando que nem uma chaleira e parecendo um banguela.

19 de maio de 1902.

Esta carta foi seguida por outra, uma semana mais tarde na qual ele escreve:

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Meu dente já não é um sonho, é um fato consumado. Foi colocado na sexta-feira e é perfeito no formato, cor, brilho, textura etc. Sinto-me como uma nova pessoa e três garotas já me cortejaram.

Obviamente um cliente satisfeito!

Como é frequentemente o caso das rápidas evolu-ções, alguns problemas ocorreriam adiante. Um destes foi destacado por um médico inglês, William Hunter, que acusava o que foi então chamado de “Odonto-logia americana” de contribuir para a má saúde de muitos de seus pacientes. Ele tinha vários pacientes com enfermidades sem diagnóstico até que notou os trabalhos restauradores extensos em suas bocas. Estas pontes e coroas pareciam sujas e estavam circundadas por tecido de aspecto insalubre, já que a higiene bucal era quase inexistente. Naquela época não se executava tratamento endodôntico, então as raízes dos dentes tornavam-se infectadas rapidamente. Em muitas ocasi-ões, as coroas e pontes eram construídas sobre dentes muito comprometidos. Ele sugeria que estas coroas e pontes fossem removidas e os dentes extraídos o que levava os pacientes a reagir com consideráveis objeções devido ao custo do tratamento odontológico. Porém, dentre os que concordavam com a remoção das pontes, vários apresentavam melhora imediata na saúde. Isto levou Hunter a descrever a Odontologia americana como “mausoléus de ouro sobre uma massa séptica”. Consequentemente, os dentes eram consi-derados os culpados de todas as classes de doenças que não podiam ser prontamente diagnosticadas e isto fez com que muitos dentes perfeitamente saudáveis fossem extraídos sem necessidade.

Finalmente, a razão prevaleceu com a introdução, em 1913, do equipamento de raios X por C. Edmund Kells. Agora poderia ser demonstrado se um dente com raiz necrosada estava saudável ou não. Se estivesse saudável poderia ser mantido e apenas seria removido caso esti-vesse comprometido.

Atualmente consideramos o uso de coroas e pontes como algo certamente garantido. Novos desenvolvimen-tos ainda poderiam nos estimular, como a introdução das facetas cerâmicas nos anos 1980 e o rápido desenvolvi-mento da tecnologia CAD-CAM que abriu novas opor-tunidades com materiais novos como a alumina pura e o zircônio, os quais permitem a confecção de pontes de cerâmica pura.

MATERIAIS RESTAURADORES

A metade do século XIX presenciou a organização da Odontologia como uma proﬁ ssão assim como o surgi-mento de muitas sociedades odontológicas, bem como de vários periódicos cientíﬁ cos na área. Um dos primei-ros atos da Sociedade Americana de Cirurgiões Dentistas (American Society of Dental Surgeons) foi a proibição do uso do amálgama de prata por seus membros, resultando na “guerra do amálgama”.

O amálgama é uma mistura de prata, estanho e mercú-rio e foi um dos primeiros materiais restauradores usados em Odontologia. Entretanto, muitos problemas surgiram com o uso deste material devido à falta de compreensão sobre suas qualidades. Só depois do trabalho de G. V. Black que alguma ordem foi estabelecida contra o caos.

Ele publicou dois volumes sobre dentística operató-ria em 1895 os quais se tornaram a norma mundial para dentística restauradora. O amálgama não tinha uma reputação muito boa até Black ter estudado o compor-tamento do amálgama em detalhes e como usá-lo da melhor maneira. Entretanto, a partir de então até nossos dias, o amálgama tornou-se um dos mais importantes materiais restauradores usados em Odontologia.

Grande crédito deve ser dado a seu intelecto e habi-lidade já que apenas agora parte de sua fi losofi a está sendo desafi ada; especialmente à luz do conhecimento atual comparado ao que se sabia nos anos 1900. É uma lição que a Odontologia terá que aprender repetidas vezes à medida que novos materiais são introduzidos no mercado (Tabela 1.2.1).

RESUMO

Como se pode observar da discussão prévia, existem várias técnicas restauradoras que os cirurgiões-dentistas precisam conhecer. Além disso, os cirurgiões-dentistas usam uma ampla variedade de diferentes materiais, alguns duros e rígidos e outros macios e ﬂ exíveis.

É importante que o cirurgião dentista avalie comple-tamente as várias características destes materiais e suas limitações tornando-os úteis nas aplicações odontoló-gicas. Somente assim o cirurgião-dentista estará apto a selecionar o material mais adequado para uma determi-nada aplicação.

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UMA PERSPECTIVA HISTÓRICA

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Greener EH (1979) Amalgam: yesterday, today and tomorrow. Oper Dent 4: 24

Hyson JM Jr (2003) History of the toothbrush. J Hist Dent 51: 73–80

Irish JDA (2004) 5,500 year old artiﬁ cial human tooth from Egypt: a historical note. Int J Oral Maxillofac Implants 19: 645–647

Little DA (1982) The relevance of prosthodontics and the science of dental materials to the practice of dentistry. J Dent 10: 300–310

Phillips RW (1976) Future role of biomaterials in dentistry and dental education. J Dent Educ 40: 752–756

Tabela 1.2.1 Marcos históricos dos materiais dentários 600 a.C. Trabalhos de pontes em ouro dos etruscos

1480 d.C. Primeiro registro autêntico de obturações de ouro em dentes humanos por Johannes Arculanus, Universidade de Bolonha

Anos 1500 Dentaduras de marﬁ m começaram a ser esculpidas em modelos de cera 1728 Fauchard propôs o uso da porcelana

1744 Duchateau registra a produção da primeira dentadura de porcelana

1826 Taveau de Paris sugere o uso de prata e mercúrio para elaborar uma pasta para restauração dos dentes 1839 O primeiro periódico odontológico é publicado: American Journal of Dental Science

Anos 1840 “Guerra do amálgama” – o uso do amálgama de prata é proibido

1850 Charles Goodyear inventou a vulcanite – borracha endurecida com enxofre 1879 É introduzido o primeiro cimento com endurecimento na boca, o fosfato de zinco Anos 1880 São desenvolvidos os cimentos de silicato

1895 G. V. Black publica o primeiro estudo detalhado sobre as propriedades do amálgama

1907 W. H. Taggart de Chicago inventou um método prático para fundir incrustações (restaurações inlays) de ouro

Anos 1950 Introdução da resina acrílica para restaurações e dentaduras

1955 Buonocore descobriu a técnica de condicionamento ácido para adesão ao esmalte 1970 Os compósitos começam a substituir os cimentos de silicato

1976 Os cimentos de ionômero de vidro são inventados por A. Wilson 1978 Os compósitos fotoativados aparecem no mercado

1983 Horn lança as facetas cerâmicas ﬁ xadas por resina 1985 Desenvolvimento dos agentes de união dentinária

1988 Introdução dos cimentos de ionômero de vidro modiﬁ cados por resina 1994 O primeiro compômero aparece no mercado

LEITURA COMPLEMENTAR

van Noort R (1985) In defence of dental materials. Brit Dent J 158: 358–360

Wildgoose DG, Johnson A, Winstanley RB (2004) Glass/ceramic/refractory techniques, their development and introduction into dentistry: a historical literature review. J Prosthet Dent 91: 136–143

Williams HA (1976) The challenge tomorrow in dental care delivery. J Dent Educ 40: 587

Woodforde J (1971) The strange story of false teeth. Universal-Tandom Publ. Co., London

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13 Capítulo 1.3

ESTRUTURA

ATÔMICA DA

MATÉRIA

INTRODUÇÃO

Todos os materiais são construídos de átomos ou molé-culas, de maneira que não é surpreendente observar uma íntima relação entre a estrutura atômica dos materiais e suas propriedades. A natureza dos átomos e o modo em que se encontram arranjados são importantes neste con-texto. Os átomos se combinam para determinar a microes-trutura do sólido e, como consequência, estabelecem suas propriedades. Portanto, para se entender as propriedades dos materiais deve-se ter um entendimento da maneira como os átomos podem se combinar para formar sólidos.

UNIÃO DOS ÁTOMOS

Quando dois átomos encontram-se próximos podem se ligar e formar uma molécula. Qualquer ligação que se forma é chamada ligação primária. Entretanto, estes podem repelir-se e manter sua característica individual. Dependendo do grau de interação entre os átomos podem ser formados um dos três estados da matéria, sendo estes: gases, líquidos ou sólidos. Estes são considerados os três

estados principais da matéria, em que o estado é deﬁ

-nido como: a parte estruturalmente homogênea de um sistema e; cada estado apresenta sua estrutura própria e propriedades associadas distintas. No estado gasoso há pouca ou nenhuma resistência relativa aos movimentos dos átomos e moléculas, enquanto no estado líquido a resistência a esses movimentos é consideravelmente maior. Entretanto, as moléculas ainda podem movimen-tar umas sobre as outras com grande facilidade. O movi-mento dos átomos e moléculas é restrito a uma vibração local nos sólidos, embora algum movimento em nível atômico seja possível por meio da difusão.

O fator que controla a formação da união é a energia e uma união apenas se formará se resultar na diminuição da energia total dos átomos que estão se ligando. Isto signiﬁ ca que a energia total da molécula deve ser menor

que o somatório das energias dos átomos isolados, inde-pendentemente da ligação que estiver sendo formada. O diagrama de separação energética é uma maneira simples de visualização deste fenômeno. O diagrama considera o efeito da movimentação de dois átomos próximos em sua energia total. Uma curva típica de separação energé-tica é apresentada na Figura 1.3.1.

Quando dois átomos estão separados e distantes, a energia é 2E_a, e E_a é a energia total de um átomo. Con-forme os átomos se aproximam, a energia total começa a diminuir até atingir o mínimo Em, a uma distância a0.

Posteriormente, com a maior aproximação dos átomos, a energia total aumenta devido à repulsão entre suas camadas de elétrons. Com a aproximação maior ainda, seus núcleos começam a repelirem-se, porém tal proxi-midade não é em geral encontrada em circunstâncias normais. Desta maneira, diz-se que os átomos tem atração em distâncias maiores e repulsão quando próximos.

As condições para que dois átomos se liguem depen-derão das conﬁ gurações dos elétrons dos átomos, que são fatores determinantes da sua reatividade química. Quanto mais estável for a conﬁ guração dos elétrons, menos reativo será o átomo, com o extremo da estabili-dade sendo os “gases inertes” tais como o argônio, hélio e neônio, que são praticamente não reativos. A quase não reatividade destes é causada pelo fato destes átomos terem sua camada mais externa completa, sem oportu-nidade para união com outros elétrons no átomo e sem elétrons “reserva” ou “soltos” para deixar o átomo.

Todos os átomos tentam encontrar seu estado de menor energia, e isso é o mesmo que terem a última camada de elétrons completa, assim como os gases inertes têm. Os átomos de alguns elementos possuem “lugares” para elétrons em sua última camada, enquanto átomos de outros elementos apresentam elétrons “disponíveis” em suas órbitas mais externas. Pela combinação de um com outro, estas duas diferenças podem tornar as órbitas externas completas. A formação das ligações, portanto, envolve apenas os elétrons de valência mais externos.

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14 TIPOS DE LIGAÇÕES PRIMÁRIAS

Existem três tipos de ligações primarias: covalente, iônica e metálica.

Ligações Covalentes

A ligação covalente é a ligação mais simples e mais forte. Ela se dá quando os átomos compartilham seus elétrons de modo que cada camada de elétrons atinge uma estrutura semelhante a um gás inerte. A formação de tal ligação para dois átomos de hidrogênio é mostrada na Figura 1.3.2.

À medida em que dois átomos se aproximam e as ór bi-tas dos elétrons começam a se sobrepor, é formada a ór bita da molécula onde os dois elétrons são compartilhados pelos dois núcleos. Uma vez que os elétrons passarão a maior parte do tempo na região em que as órbitas se sobrepõem, a ligação é altamente direcional.

Ligações Iônicas

Um átomo, tal como o sódio, gostaria de perder o seu único elétron de valência, uma vez que isso o deixaria com a conﬁ guração similar à do neônio. Naturalmente, isto não pode acontecer a menos que exista outro átomo próximo que aceite o elétron rapidamente.

Os elementos que podem adquirir uma estrutura semelhante a dos gases inertes pela aquisição de um elétron são o ﬂ úor, cloro, bromo e iodo, conhecidos coletivamente por halogênios. Portanto, se um átomo de sódio e um de cloro puderem se interagir, ocorrerá uma transferência completa do átomo de valência do átomo de sódio para o de cloro. Ambos atingirão uma estrutura de gás inerte com o sódio apresentando carga positiva devido à perda de um elétron negativo e o cloro

apresen-tando carga negativa pela aquisição de um elétron extra. Esses dois íons serão atraídos um pelo outro devido às suas cagas elétricas opostas com consequente redução na energia total do par com a aproximação. Isso é mostrado no modelo da Figura 1.3.3; tais ligações são denomi-nadas iônicas.

Uma diferença importante entre as ligações covalente e iônica é que a última não é direcional. Isto porque a ligação iônica é resultante de campos eletrostáticos que envolvem íons e estes campos interagirão com quaisquer outros íons na proximidade.

Ligações Metálicas

A terceira ligação primária é a ligação metálica. Ela ocorre quando se tem um grande agregado de átomos, em geral em um sólido, que facilmente doam elétrons de sua última camada. Em tal situação, os elétrons podem se mover quase que livremente através do sólido, gastando seu tempo passando de um átomo para outro. As órbitas dos elétrons nas ligações metálicas possuem energia menor que as órbitas dos elétrons de um átomo indivi-dual. Isto se deve aos elétrons de valência estarem sempre mais próximos de um ou outro núcleo do que estariam em um átomo isolado. Uma nuvem de elétrons, como demonstrado na Figura 1.3.4, rodeia os átomos. Assim como a ligação iônica, esta ligação não é direcional.

Energias de Ligação

Uma característica importante de uma ligação é a energia

de ligação. Esta é a quantidade de energia que precisa ser

fornecida para separar os dois átomos e é igual a 2Ea – Em,

Energia

Distância interatômica

Figura 1.3.1 Curva de separação energética para dois

átomos, cada um com energia Ea. Cátion Ânion

Figura 1.3.3 Formação de uma ligação iônica entre o sódio e o cloro.

Figura 1.3.2 Dois átomos de hidrogênio combinados por ligação covalente para formar o gás de hidrogênio.

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ESTRUTURA ATÔMICA DA MATÉRIA

15

como deﬁ nido na Figura 1.3.1. A energia de ligação típica para cada um dos três tipos de ligação é apresen-tada na Tabela 1.3.1.

Uma característica geral que pode ser observada da energia de ligação é que a ligação covalente tende a ser a mais forte, seguida pela ligação iônica e então ﬁ nalmente pela ligação metálica. Existe uma grande variedade de energia de ligação para as ligações metálicas, com algumas se aproximando das ligações iônicas e outras sendo muito baixas. O mercúrio possui uma energia de ligação muito baixa, formando uma ligação que não é forte o suﬁ ciente para sequer manter os átomos em posição na tempe-ratura ambiente, resultando na liquefação do mercúrio nesta temperatura.

A FORMAÇÃO DOS SÓLIDOS

Sólidos Iônicos

Os íons são cercados por campos eletrostáticos não dire-cionais e é possível que os íons carregados positiva e

negativamente encontrem um arranjo posicional que pode ser mutuamente benéﬁ co, com o objetivo de encontrar uma energia menor. Os íons podem formar uma rede tridimensional e regular com o exemplo do cloreto de sódio mostrado na Figura 1.3.5.

As substâncias iônicas, tais como: os cloretos, nitretos e óxidos de metais são os blocos estruturais básicos para a construção de um grupo de materiais conhecidos como

cerâmicas, em que um grupo muito especial são os vidros

(Cap. 1.4). Estes materiais são muito estáveis devido às suas altas forças de ligação.

Sólidos Metálicos

Um arranjo semelhante àquele dos sólidos iônicos é possível com ligações metálicas. Neste caso, não há uma atração eletrostática forte entre os átomos (como havia entre os íons nos sólidos iônicos), na medida em que se mantêm unidos pela nuvem de elétrons; esta nuvem forma a base dos metais que serão discutidos no Capí-tulo 1.5.

Sólidos Covalentes

Há apenas poucas situações em que os átomos do mesmo elemento se unem por ligações covalentes para formar um sólido; estes são o carbono, o silício e o germânio. É a direcionalidade da ligação covalente que a difere essen-cialmente das outras duas ligações primárias. A direcio-nalidade impõe sérias limitações nos possíveis arranjos dos átomos.

Um exemplo de sólido ligado covalentemente é o dia-mante, que é uma forma de carbono. O carbono possui um arranjo de elétrons em sua última camada de tal

Figura 1.3.4 Formação de uma ligação metálica, mostrando uma nuvem de elétrons ao redor do núcleo.

Tabela 1.3.1 Energias de ligação típicas para os três tipos de ligação

Átomos ligados Tipo de ligação

Energia de ligação (eV) C–C C–F H–H H–O C–Cl Covalente 6,3 5,6 4,5 4,4 4,0 Na–Cl K–Br Na–I Iônica 4,2 3,9 3,2 Au–Au Cu–Cu Ag–Ag Pb–Pb Hg–Hg Metálica 2,3 2,0 1,8 0,8 0,2

Íon negativo Íon positivo

Figura 1.3.5 Formação de um sólido por ligação iônica dos íons sódio (l) e cloro ( ).

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16

forma que necessita de outros quatro elétrons para obter uma conﬁ guração semelhante ao neônio; que no caso do diamante é alcançado compartilhando-se elétrons com os átomos de carbono vizinhos. A direção dessas ligações é tal que são direcionadas para as quatro extremidades de um tetraedro com os núcleos dos átomos de carbono em seu centro. A estrutura tridimensional do diamante é construída como apresentado na Figura 1.3.6.

Os sólidos covalentes constituídos por um único ele-mento tendem a ser muito raros. As ligações covalentes são mais facilmente formadas entre elementos diferentes em que cada um adquire a conﬁ guração de gás inerte. Uma vez que estes elementos tenham reagido para formar estas ligações, a molécula criada se torna altamente não reativa a moléculas do mesmo tipo, e não promove uma base para formação de uma rede tridimensional.

As órbitas eletrônicas se superpõem e os elétrons são compartilhados; resultando em uma órbita que é muito estável. Nesta conﬁ guração, não há órbitas parcialmente preenchidas disponíveis para ligações adicionais pelos mecanismos de ligação primária. Deste modo, elementos ligados covalentemente resultam em moléculas estáveis e a maioria dos elementos, que se unem por ligações covalentes, tende a ser gases ou líquidos, p. ex., água, oxigênio e hidrogênio. Desses exemplos, a água se soli-diﬁ ca a 0°C e, para isso ser possível, deve haver alguma atração adicional entre as moléculas de água; algo deve ser capaz de manter essas moléculas unidas, porém isto não se deve à ligação primária.

Ligações Secundárias

Uma consequência dos elétrons compartilhados por dois ou mais núcleos atômicos é que os elétrons gastarão um tempo desproporcionalmente mais longo em uma posição particular. O efeito disto é que uma extremidade da molécula pode adquirir uma carga levemente positiva enquanto outra pode se tornar levemente negativa, resul-tando em desequilíbrio elétrico conhecido como

bipola-ridade elétrica. Estes bipolos permitem que as moléculas

interajam umas com as outras e formem ligações fracas, chamadas ligações de van der Waal. Os três fatores princi-pais, que contribuem para estas interações relativamente fracas, são:

■ interações entre bipolos permanentes;

■ interações entre bipolos induzidos; e

■ interações entre bipolos instantâneos.

O último dos fatores, conhecido como Efeito de

Dis-persão de Londres, é completamente genérico e acontece

sempre que duas moléculas, íons ou átomos, estejam em contato íntimo. Este é o resultado da interação entre movimentos aleatórios dos elétrons de duas espécies.

Um caso especial de interação bipolo-bipolo é a ponte de hidrogênio. O átomo de hidrogênio pode ser imagi-nado como um próton na extremidade de uma ligação

covalente, porém, ao contrário dos outros átomos, a carga positiva do próton não é contraposta pelos elé-trons circundantes. Portanto, ele terá carga positiva e será atraído para os elétrons dos átomos em outras moléculas. Uma condição necessária para a formação de pontes de hidrogênio é que um átomo eletronegativo deve estar próximo do átomo de hidrogênio, que por sua vez se liga ao átomo ligado a um átomo eletronegativo. Um exemplo deste princípio é o gelo, em que há uma inte-ração entre o átomo de hidrogênio em uma molécula e o átomo de oxigênio de outra molécula, mostrado esquematicamente na Figura 1.3.7.

A força da ligação é de apenas 0,4 eV e é pronta-mente superada pelo aquecimento acima de 0°C. A ponte de hidrogênio é importante porque é responsável pela extensiva adsorção possível pelas moléculas orgânicas, incluindo proteínas e é, portanto, considerada essencial para os processos vitais. A ligação secundária forma a base da atração molecular em sólidos moleculares.

Figura 1.3.6 Estrutura do diamante, mostrando a rede tridimensional construída do arranjo tetraédrico das ligações entre átomos de carbono.

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17 Sólidos Moleculares

É possível se criar uma grande variedade de molécu-las diferentes, algumas das quais podem ser sólidas em temperatura ambiente. Se as moléculas forem suﬁ ciente-mente grandes, elas podem ser ligadas entre si devido às inúmeras interações bipolares. A baixa força de ligação signiﬁ ca que tais sólidos terão uma temperatura de fusão baixa e o limite máximo para os sólidos moleculares é de aproximadamente 100°C.

A melhor maneira de apreciar como estes sólidos são formados é por meio de um grupo de moléculas conhe-cidas como alcanos lineares. Estes têm como base uma cadeia linear de hidrocarbonetos, com fórmula geral de C_nH_2n+2, e n pode ser qualquer número inteiro positivo. O mais simples destes alcanos é o metano (CH₄) que possui n=1. Se retiramos um átomo de hidrogênio de cada uma de duas moléculas de metano e unimos as moléculas por uma ligação de carbono-carbono, isto resultará na formação do etano. Podemos continuar a repetição deste processo e obter moléculas realmente grandes (Fig.1.3.8).

Na medida em que o número de grupos de –CH2– se

tornar muito grande, haverá pouca diferença nas pro-priedades destes materiais, que são conhecidos coleti-vamente como polimetileno. Este nome é derivado da palavra poli que signiﬁ ca muitos e da unidade estrutural básica de que é constituído, metileno. Um material com este tipo de estrutura é conhecido como polímero e con-siste em muitas unidades repetidas chamadas meros. A formação de uma variedade de estruturas sólidas por polímeros será discutida em detalhes no Capítulo 1.6.

O ARRANJO ESTRUTURAL DOS

ÁTOMOS NOS SÓLIDOS

Considerando as forças de atração que mantêm os átomos intimamente ligados, a repulsão mútua dos núcleos sig-niﬁ ca que um equilíbrio espacial está atrelado a eles e que estas forças se equilibram. Este arranjo espacial interatô-mico está apresentado como a0 na Figura 1.3.1.

Uma força externa é necessária para mover os átomos aproximando-os ou afastando-os. Este arranjo espacial interatômico é a conﬁ guração de menor energia e para alcançá-la há uma tendência dos átomos em adotar um arranjo compacto regular. Se considerarmos os átomos como esferas, é possível fazer uma analogia com esferas empacotadas em uma caixa. A forma mais densa de se empacotar essas esferas é obtida quando são arranja-das de maneira regular e simétrica como mostrado na

Figura 1.3.9. Quando os átomos são organizados desta

forma diz-se que se trata de um material cristalino. A característica importante de uma estrutura crista-lina é que, partindo de qualquer átomo contido nela, o arranjo dos átomos adjacentes é idêntico. Sólidos iônicos e metálicos são normalmente cristalinos em temperatura ambiente. Qualquer sólido que não tenha simetria dos átomos é dito amorfo.

Estrutura Cristalina

Um dos arranjos atômicos mais elementares é o cubo sim ples, em que os átomos ocupam a posição dos oito vértices.

Butano (n=4) Propano (n=3) Etano (n=2) Metano (n=1)

Figura 1.3.8 Os quatro primeiros membros da família dos alcanos, que são hidrocarbonetos de cadeia linear, seguindo a fórmula geral de CnH2n+2.

Organizado Desorganizado

Figura 1.3.9 Os arranjos organizado e desorganizado dos átomos.

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Usando novamente o modelo das esferas para os átomos, este arranjo é apresentado na Figura 1.3.10a. Cada esfera toca a sua vizinha mais próxima, de modo que o comprimento do lado do cubo é igual ao diâmetro do átomo. Se considerarmos um cubo simples, contendo apenas uma porção dos átomos em seu interior como mostrado na Figura 1.3.10b, tem-se o que chamamos

célula estrutural. Ao se empilhar essas células

estrutu-rais umas sobre as outras, pode-se construir um sólido tridimensional.

Os átomos não ocupam todo o espaço da unidade estru-tural. A fração de espaço ocupado pelos átomos é deno-minada fator de compactação e é calculada facilmente.

Se supormos que cada lado do cubo mede 2a de com-primento, então o volume da célula estrutural é 8a3_{. De}

forma correspondente, o raio de cada esfera deve ser a, e seu volume será fornecido por 4/3πa3_{. Cada esfera}

con-tribui apenas com 1/8 de seu volume para a célula estru-tural, porém uma vez que haja oito segmentos, as esferas dentro do cubo ocupam um volume total de 4/3πa3_.

Deste modo, o fator de compactação de um cubo simples é dado por:

fator de compactação = volume de átomos dentro do cubo/volume do cubo = 4/3πa3_/(2a)3

= π/6 = 0,54

Isto indica que aproximadamente 50% do espaço não está preenchido.

De fato é possível para outros átomos menores ocupar este espaço livre sem causar ruptura na estrutura

cris-talina; este assunto será abordado mais adiante ao se discutir as ligas. Devido à grande quantidade de espaço livre nesta estrutura simples, não é surpresa que haja outros arranjos atômicos que tenham um fator de com-pactação maior.

Dois desses arranjos que ocorrem comumente nos metais são as conﬁ gurações cúbicas de corpo centrado (CCC) e as conﬁ gurações cúbicas de face centrada (CFC), que são apresentadas na Figura 1.3.11. Os fatores de compactação são 0,68 e 0,74 para as estruturas CCC e CFC, respectivamente. Com estes fatores de compactação maiores é mais difícil para átomos menores ocupar os espaços livres sem afetar a estrutura.

RESUMO

De certo modo, não é surpresa que existam três grupos principais de sólidos baseados nos três tipos de ligações primárias, chamados:

■ cerâmicas – baseadas nas ligações iônicas, que podem existir na forma cristalina e amorfa, com a última sendo os vidros;

■ metais – baseados na ligação metálica;

■ sólidos moleculares – baseados nas ligações covalentes e ligações secundárias e incluindo um grupo impor-tante de materiais conhecido como polímeros. Há um grupo importante de materiais que ainda não foi mencionado. Estes são os compósitos, que são baseados na combinação de dois ou mais dos sólidos mencionados.

(a) Cubo Simples (b) Célula Estrutural

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Existem vários exemplos de compósitos, tanto natu-rais como sintéticos. Osso e dentina são compósitos naturais, cujos principais constituintes são o colágeno (um polímero) e a apatita (uma cerâmica). Os compósitos sintéticos incluem os polímeros de ﬁ bra de vidro refor-çada e polímeros com partículas cerâmicas. Um exemplo

Figura 1.3.11 Arranjos atômicos das conﬁ gurações cúbica de corpo centrado (CCC) e cúbica de face centrada (CFC).

CCC (fator de compactação = 0,68) CFC (fator de compactação = 0,74)

odontológico do último são os materiais restauradores feito de compósitos discutidos no Capítulo 2.2. Outro exemplo odontológico de compósito é o cermet, que é a partícula de carga utilizada em alguns cimentos de ionômero de vidro (Cap. 2.3). O nome é derivado dos seus dois componentes; cer(âmica) e met(al).

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