Desde o início

Começando pelo começo

Introdução

Esta é a primeira aula do seu curso sobre materiais para a indústria mecânica. E sabe por onde vamos começar? Pelo começo, naturalmente! E onde está esse “começo”? Está no próprio material, em uma coisinha bem pequenininha chamada átomo.

O átomo, que não dá para a gente ver nem com um microscópio, determina se o material é aço, plástico, madeira ou ar. Estabelece a maneira como cada material se comporta na natureza e tam-bém como ele “funciona” diante dos processos de fabricação e da utilização do dia-a-dia.

O conhecimento dos fatores que governam as propriedades dos materiais é importante para o profissional da indústria metalme-cânica, cuja função é produzir materiais e peças com proprieda-des que atendam às mais diversas aplicações e solicitações de uso.

Esses fatores estão relacionados com a estrutura geral do átomo que, no final, diferencia um material do outro. Sabendo isso, é possível prever o que vai acontecer quando um material é aque-cido, resfriado, dobrado, esticado, torcido, lixado, cortado. Ou seja, tudo o que você faz quando quer fabricar qualquer coisa.

O assunto é fascinante. Parece até mágica, mas não é. São apenas algumas leis da Química e da Física, trabalhando para a gente. Fique ligado.

Um pouco de história e um pouco de química

Uma das coisas que torna o homem diferente dos outros animais que vivem em nosso planeta é sua inteligência. E essa inteligên-cia gerou o inconformismo por não entender como as coisas “funcionam” no universo. Por isso, desde muito cedo, ele come-çou a pensar e fazer hipóteses sobre esse funcionamento, já que não tinha instrumentos para comprovar suas teorias. A coisa mais fascinante de tudo isso é que, muitas vezes, o homem acertou.

Uma das hipóteses mais importantes que esse passado nos deixou, foi aquela feita por um grego chamado Demócrito. Ele sugeriu que toda a matéria é composta de pequenas partículas que ele chamou de átomos. Essa palavra grega quer dizer “indivisível” e ele a usou porque achava que o átomo era tão pequeno que não podia mesmo ser dividido.

Fique por dentro

Quando o átomo é dividido em partículas, ele libera grande quantidade de energia. Foi esse conhecimento que permitiu a criação da bomba atômica, cuja explosão é resultado de uma divisão do átomo.

Hoje sabemos que os átomos são formados de várias partículas ainda menores. Porém, esse conceito de indivisibilidade, vindo da antigüidade grega, ainda é válido e se transformou na base da Química moderna. E isso levou um bocado de tempo, porque foi só em 1808 que o químico inglês, John Dalton, estabeleceu sua Teoria Atômica. Em 1868, o russo Demitir Mendeleiev elaborou a primeira classificação geral dos elementos. Esse trabalho deu origem à tabela periódica que hoje conhecemos. Ele permitiu prever as propriedades e descobrir elementos que Demitir e cientistas de sua época ainda não conheciam.

Fique por dentro

A tabela periódica reúne, em grupos, elementos que têm proprie-dades químicas e físicas (mecânicas, magnéticas e elétricas) semelhantes.

Conhecer as leis que comandam essas partículas permite, pois, explicar porque alguns materiais são mais resistentes ou mais frágeis que outros.

E o que você precisa saber sobre isso? Em primeiro lugar, que tudo o que existe é composto de átomos. E que os átomos são formados de várias partículas e que aquelas que mais nos interessam são os prótons, os elétrons e os neutros.

A teoria diz que no átomo existe um núcleo formado pelos pró-tons e pelos neutros. Por convenção, os prótons são partículas com cargas positivas, e os neutros, partículas estáveis que têm pouca influên¬cia sobre as propriedades físicas e químicas mais comuns dos elementos. Os elétrons, carregados negativamente, giram em órbitas em volta desse núcleo.

De acordo com esse modelo, as órbitas são arrumadas em até sete camadas, das quais a última é chamada de camada de valência. Para que um átomo seja estável, ele deve ter 8 elétrons nessa camada.

Fique por dentro

O hélio tem apenas dois elétrons em sua camada de valência.

Acontece que somente poucos átomos, os dos chamados gases nobres (hélio, neônio, argônio, criptônio, xenônio e radônio), são estáveis. Isso significa que todos os outros átomos, para se tornarem estáveis, combinam-se entre si, cedendo, recebendo ou compartilhando elétrons, até que a última camada de cada um fique com oito elétrons. É dessas combinações que surgem todos os materiais que conhecemos.

Quando os átomos compartilham elétrons, acontece o que chamamos de ligação covalente. É o caso, por exemplo, da formação da molécula de água, obtida pela união de dois átomos de hidrogênio com um átomo de oxigênio. Essa ligação é muito forte e está representada na ilustração ao lado.

Quando um dos átomos cede, definitivamente, os elétrons da última camada e o outro recebe, definitivamente, esses elétrons, ocorre a chamada ligação iônica. É o que acontece, por exemplo, na formação do cloreto de sódio, ou seja, o sal que a gente usa na cozinha, composto por um átomo de sódio e um átomo de cloro.

Existe ainda um terceiro tipo de ligação: é a ligação metálica, responsável, entre outras propriedades, pela elevada condutivi-dade térmica e elétrica que todos os metais possuem, causada pela mobilidade dos elétrons de valência.

E como a ligação metálica acontece? Para explicar isso, precisa-mos saber inicialmente que os átomos dos metais apresentam poucos elétrons na camada de valência. Esses elétrons podem ser removidos facilmente, enquanto que os demais ficam firme-mente ligados ao núcleo. Isso origina uma estrutura formada pelos elétrons livres e por íons positivos constituídos pelo núcleo do átomo e pelos elétrons que não pertencem à camada de valência.

Como os elétrons de valência podem se mover livremente dentro da estrutura metálica, eles