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Liga es Qu micas em Materiais Cer micos

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Liga es Qu micas em Materiais Cer micos

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Presentation Transcript

    1. Ligaes Qumicas em Materiais Cermicos Arranjos Atmicos

    2. As ligaes qumicas tem forte influncia sobre diversas propriedades dos materiais Os eltrons de valncia (do ltimo nvel) so os que participam das ligaes qumicas. Os tomos buscam a configurao mais estvel dos gases nobres (com 2 ou 8 eletrons) Dependendo da energia envolvida na ligao elas podem ser divididas em Fortes Fracas

    3. Ligaes fortes: Inicas Covalentes Metlicas Ligaes fracas: Van der waals Materiais cermicos: ligaes inicas e/ou covalentes

    4. Representao esquemtica dos estados de energia preenchidos para um tomo de sdio

    5. Ligao inica

    7. Representao esquemtica da ligao inica para o NaCl Resulta da atrao mtua entre ons positivos e negativos

    8. Representao esquemtica da ligao covalente em uma molcula de metano. Os tomos atingem a configurao estvel compartilhando eltrons com um tomo adjacente

    9. A ligao covalente direcional, ou seja mantm um ngulo entre as ligaes

    11. Unio de dois tomos de sdio por meio da ligao metlica

    12. Ilustrao esquemtica da ligao metlica Estrutura formada por ons positivos e eltrons livres de valncia que formam uma nuvem eletrnica que circula livremente entre os ons positivos

    13. Propriedades associadas as ligaes metlicas Alta condutividade eltrica e trmica: Cermicos so isolantes pois no possuem eltrons livres na ligao qumica Permitem grande deformao plstica pois as ligaes so mveis ou seja no so rgidas como as inicas e as covalentes. Os materiais cermicos so frgeis pois as ligaes so rgidas Possuem o brilho metlico, como os eltrons so muito mveis trocam de nvel energtico com facilidade emitindo ftons So sempre opacos: pela mesma razo acima mas nesse caso absorvendo a luz incidente. J os cermicos podem ser transparentes.

    15. Representao esquemtica de uma molcula polar Dipolos eltricos ocorrem quando os centros das cargas positivas no coincidem com o centro das cargas negativas em uma molcula. As diferenas nas propriedades entre a grafita e o diamante esto relacionadas a esse tipo de ligao.

    16. Ilustrao esquemtica da ligao de van der waals So ligaes secundrias fracas que esto relacionadas a atrao de dipolos eltricos

    17. Representao esquemtica da ligao de Van der Waals para o cido fluordrico

    18. Influncia da energia da ligao em algumas propriedades dos materiais Quanto maior a energia envolvida na ligao qumica h uma tendncia de: Maior ser o ponto de fuso do composto Maior a resistncia mecnica Maior a dureza Maior o mdulo de elasticidade Maior a estabilidade qumica Menor a dilatao trmica

    19. Percentual de carter inico e covalente em um cermico As ligaes nos materiais cermicos podem apresentar maior ou menor carter inico ou covalente, dependendo do grau de direcionalidade das ligaes.Quanto maior for a separao tanto vertical como horizontal na tabela peridica maior a diferena na eletronegatividade e mais inica ser a ligao O acmulo de eltrons entre os centros dos tomos diminui o carter inico, influenciando nas propriedades desses materiais % de carter inico = {1-exp[-(0,25)(XA-XB)2]} .100 Onde XA e XB so as eletronegatividades dos elementos A e B onde A o elemento mais eletronegativo O percentual de carter covalente ser 1 - % de carter inico Existe um mtodo grfico que pode ser empregado

    20. Mtodo grfico para determinar o % de carter inico

    21. Exemplos de carter inico e covalente Qual o grau de carter inico do MgO SiO2 e SiC ? Eletronegatividades: Mg=1,2 O=3,5 Si=1,8 C=2,5 % de carter inico = {1-exp[-(0,25)(XA-XB)2]} .100 Onde XA e XB so as eletronegatividades dos elementos A e B onde A o elemento mais eletronegativo. Respostas: MgO ~ 75% ; SiO2 ~ 50% ; SiC ~10%

    22. Exemplos de carter inico e covalente Qual o grau de carter covalente do diamante , Si3N4 e SiO2 ? Eletronegatividades: Si=1,8 N=3,0 O=3,5 Respostas: Frao covalente= (1- frao inica) x 100 Diamante = 1 0 = 100% covalente Nitreto de silcio= 1 0,3 = 70% covalente Slica= 1-0,5= 50% covalente

    24. Carter inico e covalente de um cermico

    25. Carter inico e covalente de alguns cermicos

    26. Ligaes inicas versus covalentes Os materiais cermicos formados a partir de elementos dos grupos monovalentes IA (Li, Na,K, etc...) e o VII A (F, Cl, Br, etc...) so de carter muito inico mas com baixa fora entre as ligaes qumicas, caracterizando compostos de baixo ponto de fuso(para o grupo dos cermicos), baixa dureza, resistncia e mdulo de elasticidade e grande expanso trmica. J os materiais cermicos formados a partir de elementos de grupos de maior valncia como Mg+2 Al+3 Zr+4 possuem ligaes de carter menos inico mas com alta fora nas ligaes gerando compostos de alto ponto de fuso, resistncia mecnica dureza etc... As cermicas ligadas predominantemente por ligaes covalentes so tipicamente duras e de alta resistncia apresentando altos pontos de fuso. Como essas ligaes so direcionais, apresentam em geral menores densidades (para pesos moleculares equivalentes) e menores expanses trmicas que os compostos inicos,.