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Materiais e Reciclagem
2 – Classificação de Materiais e Atomística Aplicada à Materiais
Professor Sandro Donnini Mancini
Sorocaba, Fevereiro de 2018
Instituto de Ciência e Tecnologia de Sorocaba
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Várias classificações são possíveis.
Metais
Cerâmicas
Polímeros
Compósitos
Semi-Condutores
A mais comum, divide os materiais em:
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2
De modo geral, após o beneficiamento dos minérios
(normalmente óxidos), são isolados os materiais metálicos.
Metais
Cerâmicas
Polímeros
Compósitos
Semi-Condutores
Exemplos: cobre, alumínio, ferro, aço...
http://heartjoia.com/2987-metais
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Os materiais cerâmicos normalmente são os próprios óxidos,
que possuem a propriedade de, com calor e/ou com a adição de
determinados elementos, serem moldados e transformados em
produtos úteis.
Metais
Cerâmicas
Polímeros
Compósitos
Sem-Condutores
Exemplos: cimento, vidro, tijolos...
http://www.osamigosdaonca.com.br/2011/08/cimento-sobe-de-r-18-para-r-24-no-rn.html
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3
Os materiais poliméricos são normalmente longas moléculas de
hidrocarbonetos com ou sem heteroátomos, cuja principal
fonte é a nafta proveniente da destilação do petróleo.
Metais
Cerâmicas
Polímeros
Compósitos
Semi-Condutores
Exemplos: polietilenos, polipropileno, policloreto de vinila...
http://www.alunosonline.com.br/quimica/polimeros-naturais-e-artificiais-.html
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Os materiais compósitos são materiais multifásicos que exibem
uma proporção significativa das propriedades de ambas as
fases que o constituem, de tal modo que é obtida uma melhor
combinação de propriedades. Caracterizados por matrizes
reforçadas.
Metais
Cerâmicas
Polímeros
Compósitos
Semi-Condutores
Exemplos: concreto armado, epóxi com fibra de vidro...
www.cciviles.blogspot.com
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Os materiais semi-condutores são materiais que possuem
propriedades de condução elétrica intermediária entre os
condutores (metais) e isolantes (cerâmicas e polímeros) e que
podem ser controladas com precisão em áreas bem pequenas.
Metais
Cerâmicas
Polímeros
Compósitos
Semi-Condutores
Exemplos: silício, germânio, arseneto de gálio...
http://informatica.hsw.uol.com.br/semicondutores.htm
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Classificação de Materiais
≠
Classificação dos Elementos
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http://www.infoescola.com/quimica/tabela-periodica/
Metais – perdem elétrons facilmente (eletropositivos)
bons condutores
Semi-metais – B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po – não apresentam eletronegatividade
ou eletropositividade elevadas
Propriedades intermediárias
Não metais – eletronegativos, maus condutores
Classificação da Tabela Periódica dos Elementos em Metais, Semi-metais ouNão Metais
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ESTRUTURA ATÔMICA
DaltonThompsonEinstein
RutherfordBohr
de BroglieHeinsenbergSchrodinger
PauliHund
Pauling
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LIGAÇÃO COVALENTE - direcional
Elétrons são partilhados entre dois átomos com pelo menos um dos orbitaissemi-preenchidos. A partilha é baseada na superposição dos orbitais (a qualocorre em determinados ângulos), o que confere caráter direcional àligação. Fazem ligação covalente os não metais.
Carbono – 1s2 2s22p2 – só duas ligações
hibridação (sp)3 – permite quatro ligações uma vez que estas constituemconfiguração de menor energia.
http://www.sixthsense.osfc.ac.uk
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LIGAÇÃO IÔNICA – não direcional
Átomos suficientemente eletropositivos (metais) aproximam-se de átomossuficientemente eletronegativos (não metais) e os primeiros perdemelétrons para os últimos. Porém, ambos têm que permanecer próximos paramanter a relação de troca, segundo uma distância ótima. O número de íonsque se acomodam depende de fatores geométricos e neutralidade elétrica.
http://www.colegioweb.com.br/quimica/acetona.html
LIGAÇÃO METÁLICA – não direcional
Pode ocorrer somente entre um grande agregado de átomos,essencialmente metais, e não mais entre poucos átomos como no caso daligação covalente e iônica.
Se um átomo apresenta poucos elétrons de valência, estes podem serremovidos com relativa facilidade, enquanto os outros são mais firmementeligados ao núcleo (“caroço iônico” + elétrons livres).
A ligação metálica constitui-se no encontro de duas nuvens que, como sãomóveis, dão caráter não-direcional à ligação.
http://www.qieducacao.com/2011/04/ligacao-metalica-ligacao-metalica.html
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LIGAÇÕES SECUNDÁRIAS
Em situações de estabilidade, nenhum tipo de ligação primária (covalente,iônica ou metálica) pode se efetivar pois requerem ajustamento noselétrons de valência. Ocorrem então as ligações secundárias (envolvemenergias de ligação menores que as primárias).
Van der Walls (dipolo instantâneo e induzido) – podem se originar dipoloselétricos pelo movimento dos elétrons e/ou por influência de dipolospermanentes. Por um dos motivos, há um pouco mais de elétrons de um ladodo núcleo do que de outro, de modo que as resultantes positiva e negativanão coincidam, formando uma polarização fraca. Devido a essa atração, osgases nobres ou mesmo os inertes podem se condensar em baixastemperaturas. Ligação não-direcional.
Dipolo permanente – átomos próximos se atraem pela diferença deeletronegatividade. Ligação direcional. Exemplo: Nylon, PET, PVC...
Ponte de Hidrogênio – caso típico de dipolo permanente onde o pólo positivoé o hidrogênio e o negativo apresenta eletronegatividade relativamentealta. Ligação direcional. Exemplo: água.
Energias de Ligação (“forças” de ligação)
Iônica – 150-370 kcal/mol
Covalente – 125-300 kcal/mol
Metálica – 25-200 kcal/mol
Secundárias - < 10 kcal/mol
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http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/daniela/materiais/aula_2__ligacoes_quimicas.pdf
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Metais
Cerâmicas
Polímeros
Compósitos
Semi-Condutores
Ligação Metálica
Ligação Iônica / Covalente
Ligação Covalente e van der Waals
Depende da matriz e do reforço
Ligação Iônica / Covalente
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Sólidos são átomos arranjados de acordo com a força edirecionalidade (quando existente) das ligaçõesinteratômicas.
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Cerâmicos e Semicondutores – Sólidos Iônicos ou Covalentes?
≠ de eletronegatividade (ΔE) ↑ caráter iônico
Fração Covalente = e-0,25ΔE
Fração Iônica = 1 – Fração Covalente
www.feng.pucrs.br/.../Materiais%20Ceramicos/
Geralmente : ↑ Caráter covalente ↑ temperatura de fusão ↑ dureza
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Materiais formados por só um elemento químico:
�Átomos com pequena valência (1, 2, 3) – ligação metálica;
�Átomos com valência maior – ligação covalente.