Aula sobre estrutura atômica e ligação interatômica.

1. Curso: Engenharia Civil
Disciplina: Introdução a ciência dos materiais
Período: 3º
Turma: C
Turno: Noturno
Faculdade Pitágoras
Unidade Maceió
Estrutura Atômica e ligação
interatômica
Profº Dr. José Atalvanio
atalvanioacademico@gmail.com

2. Estrutura Atômica – Conceitos fundamentais
Átomo => prótons e nêutrons, rodeado por elétrons em movimento.
Modelo hipotético
de um átomo
Prótons = + 1,602 x 10-19 C
Elétrons = - 1,602 x 10-19 C
Nêutrons = eletricamente neutros
Cargas das partículas subatômicas
Massas das partículas subatômicas
Prótons = 1,67 x 10-27 Kg
Elétrons = 9,11 x 10 -31 kg
Nêutrons = 1,67 x 10-27 Kg
Número Atômico (Z) e número de massa (A)
 Z representa o número de prótons presentes no núcleo do átomo;
 A representa a massa do átomo: é a soma dos prótons e nêutrons.
A = Z + N ou A = P + N

3. Isótopos: átomos com o mesmo número de P (8O16, 8O17, 8O18);
Isóbaros: átomos com o mesmo número de A (19K40, 20Ca40);
Isótonos: átomos com mesmo número de N (17Cl37, 20Ca40).
Exemplos:
1) Determine o número atômico e o número de massa de um átomo com 22
elétrons e 26 nêutrons?
2) Para o cátion abaixo determine seu número de prótons, elétrons e nêutrons:

4. Modelos atômicos
Leucipo (500 a.C.) e Demócrito (460 a.C)
John Dalton (1803)
J. J. Thomson (1906)
Ernest Rutherford (1911)
Esfera maciça e indivisível
Modelo de pudim de passas
Orbitas circulares

5. Niels Bohr (1913)
Modelo atômico de Bohr.
Camadas eletrônicas e distribuição eletrônica

6. (a) Três primeiros estados
de energia eletrônica
para o átomo de
hidrogênio de Bohr.
(b) Estados de energia
eletrônica para as
primeiras três camadas
do átomo de hidrogênio
pela mecânica
ondulatória/quântica.
Limitação do modelo:
não explicava
fenômenos que
envolviam elétrons.

7. Comparação do átomo de Bohr (a) e
o modelo atômico da mecânica
quântica (b) para distribuição
eletrônica.

8. Números quânticos
Cada elétron é caracterizado por 4 parâmetros: n (tamanho), l (forma), m, s.

9. Representação esquemática
das energias relativas dos
elétrons para várias camadas
e subcamadas.

10. Determine os 4
números quânticos
para um elétrons que
apresenta a seguinte
contribuição: 2p3
Princípio de exclusão de Pauling
Os 4 números quânticos de um
elétron nunca serão iguais para
qualquer átomo.
Dê a configuração eletrônica para o
Ca (Z = 20) e Fe+3 (Z = 26).

11. Tabela Periódica
A tabela periódica apresenta:
 7 linhas ou períodos;
 Famílias;
 Metais;
 Ametais;
 Não-metais.

12. Ligação atômica nos sólidos
Energias e forças de ligação
Muitas propriedades físicas dos
materiais são entendidas pelo
conhecimento das forças
interatômicas presentes.
(a) Dependência das forças
atrativas, repulsivas e líquidas
na separação interatômica
para dois átomos isolados.
(b) Dependências das energias
repulsivas, atrativas e
potencial na separação
interatômica para dois átomos
isolados.

13. Ligações interatômicas primárias
 Ligação iônica: metal + não-metal;
 Atrações coulombicas.
 Ligação não direcional: a magnitude da ligação é a mesma
em todas as direções.
 É o tipo de ligação predominante nas cerâmicas.
 São compostos que apresentam altas temperaturas de
fusão.
Representação esquemática da
ligação iônica no NaCl.
F = força;
Z1, Z2 = carga dos íons;
e-= 1,602 x 10-19C
e0 = (8,85 x 10-12 F/m (ou J-1C2m-1)

14. Ligação covalente
 Compartilhamento de elétrons entre os
átomos ligantes.
 Ligação direcional: está entre átomos
específicos podendo existir na direção entre um
átomo e outro participantes do
compartilhamento.
 Ligação que ocorre entre ametal com ametal,
ou elementos muito eletronegativos e H.
Representação esquemática de
ligação covalente na molécula de
metano.
H2, Cl2 ,F2, etc.;
CH4, H2O, HNO3;
HF, HCl, HBr, HI
 Podem ser muito fortes como no diamante
(Tf > 3550ºC) ou muito fracas como no
bismuto (Tf ≈ 270º C);
 Polímeros apresentam basicamente este
tipo de ligação.

15. Ligação metálica
 Ligação formada entre metais;
 Os elétrons de valência não encontram-se em
um átomo particular, distribuem-se no metal
inteiro;
 Formação de uma nuvem de elétron ou mar de
elétron.
Esquema de ilustração para
ligação metálica.
 Os elétrons livres blindam os íons centrais de
forças eletrostáticas repulsivas;
 Estes elétrons atuam como cola mantendo os
íons centrais ligados.
 As ligações podem ser fracas ou fortes: mercúrio
(Tf = -39 ºC) e tungstênio (Tf = 3410 ºC)

17. Ligação secundária/ligação de van der Waals ou físicas
 são ligações fracas quando comparadas com as
ligações primárias.
 são ligações evidentes em gases inertes e em
moléculas covalentemente ligadas.
 A ligação resulta de atração coulombica entre
a extremidade positiva de um dipolo e a
extremidade negativa de outro dipolo.
Ilustração sistemática de ligação de
van der Waals entre dois dipolos.
Ligações dipolo induzido
O dipolo induzido pode ser criado ou induzido.
Representações esquemáticas de
(a) um átomo eletricamente
simétrico e (b) um dipolo
induzido.

18. Ligação dipolo induzido – molécula polar
 Momentos de dipolo permanente existe em moléculas
com arranjo assimétrico de suas regiões positivas ou
negativas.
 São moléculas polares;
 A molécula de HCl apresenta um dipolo permanente
que se origina das cargas positivas e negativas.
 Moléculas polares podem induzir dipolos em moléculas
apolares;
 As energias destas ligações são maiores que as dos
dipolos induzidos.
Representação
esquemática de
uma molécula
polar de HCl.

19. Ligações de dipolo permanente
Este tipo de dipolo aparece em moléculas que formam ligações de hidrogênio.
H2O, NH3 e HF
Arranjo das moléculas de água (H2O) no
(a) gelo e na (b) água líquida.

20. Exemplos gerais
1) Indique o número de prótons, nêutrons e elétrons presentes em cada átomo dos
seguintes elementos:
6C12
9F19
26Fe56
2) Os átomos M e N são isóbaros e apresentam as seguintes características:
10 + xM5x
11 + xN4x + 8
Determine os números atômicos e os números de massa de M e N.
3)
X é
Isótopo do 20Ca41
Isótono do 19K41
Determine o número de massa de X.

21. 4) “Quando um átomo se transforma em um íon, a variação do número de elétrons,
‘ganho ou perda’, ocorre sempre na camada (nível) mais externa, chamada camada de
valência.” Com base nessa informação, faça a distribuição eletrônica do 26Fe2+.
5) O titânio é metal utilizado na fabricação de motores de avião e de pinos para
próteses. Quantos elétrons há no último nível da configuração eletrônica desse metal?
(Dado: Ti, Z = 22)
6) Determine os 4 números quânticos para o elétron de valência do átomo com Z = 29.
7) O átomo de alumínio e o átomo de oxigênio formam um composto denominado
de trióxido de alumínio. Determine o tipo de ligação existente e dê a fórmula do
composto.
8) Determine o tipo de ligação entre os compostos a seguir:
N2, H2O, NH3, CH4