ENGENHARIA DE MATERIAIS

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1 - INTRODUÇÃO:

O número de coordenação mostra a quantidade de átomos que se encontram ao redor de um átomo. O modo como os átomos estão arrumados espacialmente é chamado de arranjo atômico, do qual dependem a maioria das propriedades dos materiais. Estes arranjos podem ser classificados em moleculares (agrupamentos de átomos ligados na forma de moléculas), cristalinos (arranjos repetitivos de átomos) ou amorfos (estruturas sem nenhuma regularidade).

2 - ESTRUTURAS MOLECULARES:

A interação entre os átomos, através de ligação covalente, forma moléculas com número limitado de átomos, estando estes fortemente ligados entre si. Já a interação entre moléculas é feita através das forças fracas de Van der Waals.  Portanto, cada molécula é livre para agir de forma independente, o que causa, por exemplo, baixos pontos de fusão e ebulição na maioria dos materiais com estruturas moleculares em relação a outros tipos de materiais (tabela 01).

Substância	Tipo de Arranjo	Ponto de Fusão (oC)	Ponto de Ebulição (oC)
H2O	Molecular	0,0	100,0
O2	Molecular	-218,4	-183,0
N2	Molecular	-209,9	-195,8
Fe	Cristalino	1539	2740
Al	Cristalino	660,2	2060

Tabela 01: Ponto de fusão e ebulição de algumas substâncias de diferentes arranjos atômicos.

2.1 - Número de Ligações entre Átomos:

O número de ligações entre átomos em uma estrutura molecular depende da quantidade de elétrons na camada de valência. Uma regra para o cálculo do número de ligações é N = 8 - G, onde G corresponde ao número do grupo na tabela periódica, como os exemplos da tabela 02. Esta regra não serve para os átomos de H e He.

Elementos	Grupo	Nº de Ligações
Carbono	4	4
Nitrogênio	5	3
Oxigênio	6	2
Cloro	7	1

Tabela 02: Grupo na tabela periódica x número de ligações possíveis para alguns elementos.

Por exemplo, no metanol (CH3OH), o carbono forma quatro ligações, o hidrogênio uma e o oxigênio duas. Na amônia (NH3), o nitrogênio forma três ligações e o hidrogênio apenas uma (figura 01).[pic 3]

Figura 01: Representação convencional de algumas moléculas. a) Metanol. b) Amônia.

2.2 - Comprimento e Energia de Ligação:

O comprimento e a energia de ligação são dependentes dos átomos e do número de pares de elétrons compartilhados (tabela 03). Um aumento no número de pares de elétrons compartilhados causa uma diminuição no comprimento das ligações e um aumento na quantidade de energia para se romperem.

Ligação	Comprimento (Å)	Energia (Kcal/mol)
C − C	1,5	83
C = C	1,3	146
C ≡ C	1,2	185
C − N	1,5	73
H − H	0,74	100

Tabela 03: Comprimentos e energias características de algumas ligações covalentes. 

2.3 - Ângulo de Ligação:

Os átomos, ao se ligarem, o fazem formando ângulos entre si. As ligações químicas em moléculas triatômicas ou com mais átomos apresentam, na maioria dos casos, duas ou mais dimensões no espaço. Na água, por exemplo, é encontrado um ângulo de 105º entre os átomos de hidrogênio com vértice no oxigênio. Já nas cadeias parafínicas, o ângulo formado por três átomos de carbono consecutivos é de 109,5o (figura 02). A presença deste ângulo entre as ligações de carbono é de grande importância para os polímeros, pois a cristalização polimérica ocorre devido às forças de Van der Waals que aparecem nas moléculas.

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a) Água                        b) Etano                                c) Butano

Figura 02: Esquema tridimensional de algumas moléculas. a) Água. b) Etano. c) Butano (ângulo entre as ligações de carbono).

2.4 - Hidrocarbonetos Saturados e Insaturados:

Hidrocarbonetos são moléculas cuja forma geral é CnH2n+2 (parafinas). O menor hidrocarboneto é o metano (CH4).

Pode-se formar moléculas de hidrocarbonetos cada vez maiores com adição de carbono e uma quantidade em dobro de hidrogênio (figura 03).