Compare as propriedades dos materiais cerâmicos e metálicos em relação à condutividade elétrica, resistência mecânica e ductilidade, explicando como a estrutura das ligações químicas contribui para essas diferenças. (4,0 pontos). (1,0)
Passo 1
O enunciado pede para comparar materiais cerâmicos e metálicos quanto a três propriedades — condutividade elétrica, resistência mecânica e ductilidade — e explicar como a natureza das ligações químicas em cada classe de materiais determina essas diferenças.
Passo 2
Condutividade elétrica
Metais apresentam ligação metálica, na qual os elétrons da camada de valência ficam deslocalizados formando um “mar de elétrons” livre para se mover pelo retículo cristalino. Isso facilita o transporte de carga e confere alta condutividade elétrica. Em cerâmicos, predominam ligações iônicas e/ou covalentes, nas quais os elétrons estão fortemente presos aos íons ou pares de átomos, não existindo elétrons livres em quantidade significativa. Por isso, cerâmicos são tipicamente isolantes elétricos.
Metais apresentam ligação metálica, na qual os elétrons da camada de valência ficam deslocalizados formando um “mar de elétrons” livre para se mover pelo retículo cristalino. Isso facilita o transporte de carga e confere alta condutividade elétrica. Em cerâmicos, predominam ligações iônicas e/ou covalentes, nas quais os elétrons estão fortemente presos aos íons ou pares de átomos, não existindo elétrons livres em quantidade significativa. Por isso, cerâmicos são tipicamente isolantes elétricos.
Passo 3
Resistência mecânica
Cerâmicos têm ligações iônicas e covalentes muito fortes e direcionais, o que lhes dá elevada dureza e alta resistência à compressão. O retículo rígido resiste bem a cargas elevadas sem deformar. Metais, embora possam ser endurecidos por tratamentos, têm ligações metálicas menos direcionais e mais maleáveis em nível atômico, resultando em resistência mecânica moderada a alta, mas normalmente inferior à dos cerâmicos em termos de dureza.
Cerâmicos têm ligações iônicas e covalentes muito fortes e direcionais, o que lhes dá elevada dureza e alta resistência à compressão. O retículo rígido resiste bem a cargas elevadas sem deformar. Metais, embora possam ser endurecidos por tratamentos, têm ligações metálicas menos direcionais e mais maleáveis em nível atômico, resultando em resistência mecânica moderada a alta, mas normalmente inferior à dos cerâmicos em termos de dureza.
Passo 4
Ductilidade
A ductilidade é a capacidade de se deformar plasticamente sem fraturar. Em metais, a natureza não-direcional da ligação metálica permite que dislocações (defeitos lineares no retículo) se desloquem com relativa facilidade, acomodando grandes deformações plásticas antes da fratura. Em cerâmicos, as ligações iônicas e covalentes são diretas e exigem ruptura simultânea de muitos estratos atômicos para permitir deslocamento, o que impede o movimento de dislocações e leva a fratura quase imediata quando submetidos a tensões de cisalhamento — ou seja, cerâmicos são frágeis e praticamente não-ducteis.
A ductilidade é a capacidade de se deformar plasticamente sem fraturar. Em metais, a natureza não-direcional da ligação metálica permite que dislocações (defeitos lineares no retículo) se desloquem com relativa facilidade, acomodando grandes deformações plásticas antes da fratura. Em cerâmicos, as ligações iônicas e covalentes são diretas e exigem ruptura simultânea de muitos estratos atômicos para permitir deslocamento, o que impede o movimento de dislocações e leva a fratura quase imediata quando submetidos a tensões de cisalhamento — ou seja, cerâmicos são frágeis e praticamente não-ducteis.
Passo 5
Síntese da contribuição das ligações químicas
- Ligações metálicas (não-direcionais)
elétrons livres alta condutividade elétrica; fácil movimento de dislocações grande ductilidade; força moderada. - Ligações iônicas/covalentes (direcionais)
elétrons localizados isolante elétrico; retículo rígido alta resistência e dureza; impedimento ao movimento de dislocações fragilidade e baixa ductilidade.
Resposta
Metais: alta condutividade elétrica, boa resistência mecânica e grande ductilidade, graças à ligação metálica com elétrons livres e não-direcionalidade.
Cerâmicos: isolantes elétricos, elevada resistência e dureza, mas muito frágeis, devido às fortes ligações iônicas/covalentes direcionais que prendem os elétrons e bloqueiam o deslizamento cristalográfico.
Cerâmicos: isolantes elétricos, elevada resistência e dureza, mas muito frágeis, devido às fortes ligações iônicas/covalentes direcionais que prendem os elétrons e bloqueiam o deslizamento cristalográfico.