Explique a deformação plástica do ponto de vista de ligações químicas.
Passo 1
O enunciado pede para entendermos a deformação plástica de um metal ou liga metálica considerando como as ligações químicas se comportam quando o material é permanentemente deformado. O conteúdo envolve estruturas cristalinas, ligações metálicas e o papel das discordâncias no deslizamento de planos atômicos.
Passo 2
Num metal cristalino, os átomos estão ligados por ligações metálicas, que se caracterizam pela “nuvem” de elétrons deslocalizados envolvendo íons positivos. Essas ligações são relativamente não-direcionais, o que facilita o rearranjo dos átomos uns em relação aos outros quando aplicamos uma tensão grande o suficiente.
Passo 3
A deformação plástica é mediada pelo movimento de discordâncias, isto é, defeitos lineares na rede cristalina. Quando uma discordância se move num plano de escorregamento, ela faz com que cada átomo à sua frente “quebre” momentaneamente sua ligação metálica com vizinhos e “reformule” outra ligação atrás dela. Esse processo desloca um plano inteiro de átomos por apenas um espaçamento de rede, sem romper toda a amostra de uma só vez.
Passo 4
Do ponto de vista energético, mover uma discordância requer vencer um obstáculo associado à energia de ativação
. A tensão de cisalhamento crítica
necessária para iniciar o deslizamento deve ser tal que o trabalho mecânico supere essa
. Ou seja,
em que
é o vetor de rede de Burgers da discordância e
a área do plano cristalino envolvido.
Passo 5
Em termos de ligações químicas, a facilidade de romper e refazer ligações metálicas ao longo de planos preferenciais determina a ductilidade do material. Quanto mais “flexível” for essa nuvem eletrônica para reordenar ligações sem concentrar tensões, maior será a capacidade de deformação plástica. Impurezas e átomos de tamanho diferente criam distorções na rede, elevando a energia de ativação
e, assim, aumentando a resistência mecânica (endurecimento por solução sólida).
Resposta
A deformação plástica ocorre pelo movimento de discordâncias que quebram e reformam ligações metálicas de modo sequencial ao longo de planos cristalinos. Do ponto de vista químico, isso significa vencer localmente a energia de ativação para reorganizar ligações não-direcionais, processo facilitado pela natureza “delocalizada” dos elétrons metálicos e dificultado por impurezas que alteram a energia de reorganização das ligações.