Força de acoplamento

Força de ligação:

Em grandes distâncias as interações são desprezíveis, mas à medida que os átomos se

aproximam mutuamente, cada átomo exerce força sobre o outro. Estas forças são de 2 tipos,

atrativa e repulsiva, e a magnitude de cada é uma função da distância interatômica de separação. A

origem de uma força atrativa FA depende do particular tipo de ligação que existe entre os 2 átomos.

Sua magnitude varia com a distância, como representada esquematicamente na Figura 2.8(a).

Ultimamente, as camadas eletrônicas externas dos 2 átomos começam a se superpor e uma força

repulsiva forte FR entra em ação. A força líquida FN entre os 2 átomos é justo a soma das

componentes tanto atrativa quanto repulsiva; isto é,

FN = FA + FR

Quando FA e FR se compensam, ou se tornam iguais, não existe nenhuma força líquida; isto é,

FA + FR = 0 (2.3)

Então existe um estado de equilíbrio. Os centros dos 2 átomos permanecerão separados por um

espaçamento de equilíbrio ro, como indicado na Figura 2.8(a). Para muitos átomos ro é

aproximadamente 0,3 nm (3Å). Uma vez nesta posição, os 2 átomos reagirão com ação oposta a

qualquer tentativa de separá-los (reação com uma força atrativa) ou de aproximá-los (reação com

uma força repulsiva).

Às vezes é mais conveniente trabalhar com as energias potenciais entre 2 átomos em vez

de forças. Matematicamente, a energia (E) e a força (F) estão relacionadas como

E = (Integral) F dr

grafica as energias potenciais atrativa, repulsiva e líquida como uma função

da separação interatômica para 2 átomos. A curva líquida, que é de novo a soma das duas outras,

tem uma calha (ou poço) de energia potencial ao redor do seu mínimo. Aqui, o mesmo espaçamento

de equilíbrio, ro , corresponde à distância de separação no ponto de mínimo da curva de energia potencial. A energia de ligação para estes 2 átomos, Eo , corresponde à energia neste ponto de

mínimo (também mostrado na Figura 2.8(b)); ela representa a energia que seria requerida para

separar estes 2 átomos até uma distância infinita de separação.

Embora o tratamento precedente tenha tratado com uma situação ideal envolvendo apenas

2 átomos, existe uma condição similar ainda mais complexa para materiais sólidos porque interações

de força e de energia entre muitos átomos devem ser consideradas.

Estrutura cristalina:

Materiais sólidos podem ser classificados de acordo com a regularidade com que átomos ou íons

se arranjam entre si. Um material cristalino é um no qual átomos estão situados numa disposição

repetitiva ou periódica ao longo de grandes distâncias atômicas; isto é, existe uma ordenação de

grande alcance tal que na solidificação, os átomos se posicionarão entre si num modo tridimensional

repetitivo, onde cada átomo está ligado aos seus átomos vizinhos mais próximos. Todos os metais,

muitos materiais cerâmicos, e certos polímeros foram estruturas cristalinas sob condições normais de

solidificação. Para aqueles que não se cristalizam, não existe esta ordenação atômica de longo

alcance; estes materiais não-cristalinos ou amorfos

A Estrutura Cristalina Cúbica de Face Centrada

A estrutura cristalina encontrada para muitos metais têm uma célula untaria de geometria cúbica,

com os átomos localizados em cada um dos cantos e nos centros de todas as faces do cubo. Ela é

apropriadamente chamada estrutura cúbica de face centrada (CFC). Alguns dos metais familiares

tendo esta estrutura cristalina são cobre, alumínio, prata e ouro (vide também a Tabela 3.1).

Para a estrutura cristalina CFC, cada átomo do canto é compartilhado por 8 células

unitárias, enquanto que um átomo de face centrada pertence a apenas duas células unitárias.

Portanto, um oitavo de cada um dos oito átomos de canto e metade de cada um dos 6 átomos

faciais, ou um total de 4 átomos inteiros, podem ser atribuídos a uma dada célula unitária.

Duas outras importantes características de uma estrutura cristalina são o número de

coordenação e o fator de empacotamento atômico (APF, em inglês).

Para estruturas cristalinas cúbicas de face centrada, o número de coordenação é 12.

Isto pode ser confirmado pelo exame da Figura 3.1a; o átomo da face frontal tem 4 átomos de

vértice vizinhos mais próximo circundando-o, 4 átomos faciais que se encontram em contato com

ele pela parte traseira, e 4 outros átomos faciais equivalentes que residem na próxima célula unitária

à frente, que não está mostrada.

A Estrutura Cristalina