O átomo

                            O Átomo

As Primeiras ideias Sobre o Átomo

As primeiras ideias sobre a existência de uma partícula fundamental formadora da matéria começou entre 546 e 460 a.C, na  antiga Grécia pelo filósofo grego Demócrito. em 382 - 322 a.C. Aristóteles contradiz as ideias de Demócrito e afirma que a matéria era contínua e não constituída por átomos.

O Átomo de Dalton - 1808

John Dalton
         
As ideias sobre o átomo foram aos poucos evoluindo. Somente de 1803 a 1808, John Dalton com seus estudos, elabora a teoria que diz: toda a matéria é constituída por átomos.

A teoria de Dalton diz que; os átomos seriam partículas esféricas, maciças, indivisíveis e indestrutíveis.
















Dalton e a Teoria Das Massas

Toda matéria  é formada por átomos e tem massa.
              
Dalton com suas teorias estudando os gases propôs, que átomos de gases diferentes tem massas diferentes e gases iguais tem massas iguais.

Átomos diferentes, possuem diferentes massas e nas reações química os átomos das espécies químicas se rearranjam formando novas espécies químicas.

Portanto, concluindo: os átomos de um mesmo elemento químico são iguais, em tamanho e massa.

Também estudando a química quantitativa, associou seu conhecimento á lei de Lavoisier e de Proust, sobre as quantidades da matéria envolvidas nas transformações químicas.

Nas suas pesquisas, Dalton associou as quantidades das massas envolvidas, com os diferentes tipos de átomos nas transformações químicas, gerariam uma nova substância e concluiu que estas são recombinações de átomos. 

Assim ele complementa que as transformações químicas são recombinações atômicas que formam as substâncias simples e compostas como é visto a seguir. 

Átomos iguais

Os átomos de diferentes elementos químicos são diferentes entre si em massa e volume e possuem propriedades físicas e químicas diferentes.

Átomos diferentes 

Um tipo de átomo forma um tipo de substância, outro tipo forma outra substância.

A figura mostra dois tipos de substâncias simples, cada qual formadas pelo mesmo tipo de átomo.

Os átomos iguais se juntam e formam substâncias simples.

Dalton e a Combinação de Átomos Diferentes

     

Dalton eleborou a combinação dos átomos nas fórmulas segundo o esquema abaixo. A fórmula da água do gás carbônico, da amônia e assim por diante.

        

Nas fórmulas apresentadas acima os átomos diferentes se juntam e formam substâncias compostas. As substâncias compostas são formadas por dois ou mais elementos químicos diferentes como apresentadas a seguir.

A figura mostra três tipos de substâncias compostas.

       Os Nomes Dos Elementos

Dalton sugeriu alguns modelos estruturais e nomes de elementos químicos conhecidos na época; o hidrogênio, carbono, nitrogênio, oxigênio, alumínio, sódio, chumbo, fósforo, potassa, prata, cobre, enxofre.

O Átomo de Thomson -1887

       

O Átomo de Thomson é elaborado a partir do átomo de Dalton. Thomson descobre a partícula negativa que chamou de elétrons, a esfera maciça de Dalton é então aperfeiçoada com a descoberta dos elétrons com carga negativa, somou-se a sua proposta a ideia de haver também carga positiva na partícula.

Thomson elabora o átomo como uma esfera sólida com massa de carga positiva e corpúsculos de carga negativa incrustados na sua superfície, simbolizando os elétrons dispersos.

Thomson trabalhando com descargas elétricas em gases, nas suas pesquisas, já admite que os átomos são as menores partículas da matéria que podem ser divididas.                                                                                                                                         

                                                              

Abaixo a representação por três modelos do mesmo átomo.

Ampola de Crookes, Eugen Goldsteim
                     
A ampola de Crookes consistia numa esfera de vidro preenchida com gás em baixa pressão cujas extremidades eram soldadas fios de metal ligados a uma fonte de alta tensão. Possuia duas placas de metal separadas uma conectada ao polo positivo denominada 
ânodo e outra ligada ao polo negativo denominada Cátodo.

A ampola de Crookes foi aperfeiçoada por Eugen Goldstein e posteriormente por  Joseph  John Thomson, com ela conseguiram decifrar a natureza do raio catódico que era formado por feixes de partículas de carga negativa.

George Johstone Stoney

Finalmente em 1897 George Johstone Stoney deu o nome para as partículas de carga negativa chamando-as de elétrons. Portanto com essa ampola e com diversos experimentos, foram descobertos os elétrons.

Raios Catódicos

Raios catódicos são radiações produzidas por elétrons. Nesse caso os elétrons são "gerados" ou arrancados do cátodo por causa da tensão potencial elétrica, esse processo acontece no interior de um recipiente fechado contendo um gás rarefeito, portanto essa radiação, é causada pelos feixes de elétrons que se deslocam do eletrodo negativo o cátodo, para o eletrodo positivo, o ânodo, devido a diferença de potencial.

                     O Átomo de Rutherford - 1911
        
Rutherford imaginou o átomo semelhante ao sistema solar, com uma região constituída por um núcleo sólido de carga positiva e outra região distante do núcleo, que constituía uma eletrosfera com elétrons de carga negativa, com grandes espaço vazios, onde circulavam esses elétrons nos seus orbitais. 
Ele também conseguiu provar com seus experimentos, a existência de espaços enormes entre os átomos mais próximos um do outro, por onde passavam livremente as radiações. Já havia sido postulada a teoria de uma partícula presente no núcleo com carga neutra que estabilizaria a estrutura atômica.


O modelo atômico de Rutherford pode ser esquematizado como os abaixo.

     
O Átomo de Bohr -1913
      
O dinamarquês Niels Bohr em 1913 ajudado por Rutherford publica a teoria atômica no princípio da quantização de energia já pensada por Planck, que diz que os elétrons absorvem e emitem quantidades, ou energia quântica, fixas de energia. 

Bohr estudando o espectro emitido pela luz de átomos com maior número de elétrons, observou que formavam conjunto de linhas que foi chamado de espectro de raias. Com isso explicava que os elétrons podiam estar situados num mesmo nível ou camada eletrônica, quando excitados emitiam luz com propriedades próprias e próximas numa mesma faixa ou camada.

As Camadas Eletrônicas de Bohr

Bohr elaborou a teoria das camadas eletrônicas de orbitais de um átomo com muitos elétrons, cujo centro ficava o núcleo. 

A primeira camada eletrônica ficaria a mais próxima do núcleo denominada de camada K com apenas um orbital com 2 elétrons. 

A segunda camada denominada pela letra L possuiria 4 orbitais com 8 elétrons.

Bohr separou os elétrons em 7 níveis de energia ou 7 camadas eletrônicas. Cada nível possui seu próprio valor de energia. 

As sete camadas eletrônicas conforme o nível de energia de cada uma e o número de elétrons de cada camada.

O Átomo de Bohr e a Produção da Luz

A teoria da produção da luz pode ser explicada, pela teoria dos níveis eletrônicos de Bohr. Por exemplo: o elétron que está no nível eletrônico mais externo ao receber energia, seja elétrica, térmica etc, migra para um orbital mais interno do átomo. Quando cessa essa energia, o elétron volta á sua órbita original e libera fóton (luz em cores), libera energia na forma de calor, microondas, (raios infravermelhos), raios X, radiação ultravioleta. Todos esses tipos de emissões feitas pelos elétrons são eletromagnéticas. 

A figura abaixo mostra o esquema da produção da luz.
   

O Salto do Elétron e a Cor da Luz Emitida

O salto dos elétrons de uma órbita bem definida para outra, definem o espectro descontínuo da luz em forma de raias. Num átomo com vários orbitais, por exemplo 4 orbitais. Se o elétron saltar da quarta órbita que é a mais externa para o primeiro orbital que é o mais interno, libera luz da cor azul. Se o elétron saltar do terceiro orbital para o primeiro, que é o mais interno, libera luz da cor verde, Se o elétron saltar da segunda órbita mais interna, para o primeiro orbital mais interno, libera luz da cor vermelha. 

Observe o esquema abaixo.

Ondas de fótons e as Cores da Luz

Com o salto dos elétrons nos orbitais dos seus átomos, há a liberação dos fótons, que se juntam em diferentes comprimentos de ondas, na formação da luz de várias cores.

Brinquedos que Emitem Luz no Escuro

A teoria de Bohr pode ser demonstrada em alguns brinquedos como pulso mão, take dance Party, dinner party glow, in the dark romance, e outros que emitem luz brilhante no escuro. Alguns desses artefatos contém por exemplo; sulfeto de zinco. Os elétrons desses átomos no claro, absorvem a energia luminosa e saltam para níveis de energia, ou orbitais mais internos. Quando no escuro os elétrons cessam de absorver energia luminosa, e voltam para seus orbitais de origem, ou seja mais externos, liberando a energia luminosa que faz o brinquedo brilhar.

As Teorias de Rutherford Bohr Nos Fogos de Artifício.

Fogos de artifício utilizam íons metálicos como sais de sódio, bário, cobre, para produzirem diferentes cores quando queimados. Conforme as teorias de Rutherford e Bohr, pelo processo de deslocamento do elétron de níveis de menor energia (externo), para níveis de maior energia (interno), e subsequente volta dos mesmos aos seus orbitais de origem, liberando as cores; amarelo para o sódio, verde para para o bário e azul para o cobre.
            
O Fóton - Max Planck e Einstein
   
Em 1900 Max Planck determinou a energia luminosa quantizada, ou ainda pacotes de energia determinadas. O fóton sendo descrito por Albert Einstein em 1905, seria uma partícula de luz que se trataria de um corpúsculo. O mesmo chegou a conclusão com seus trabalhos, que o fóton é capaz de arrancar elétrons dos orbitais de um átomo de uma superfície metálica. Com isso ele também explica o efeito fotoelétrico (emissão de elétrons). Arthur Holly Compton, em 1923 deduziu que quando essas partículas de luz se chocam com partículas lambda um corpo pode se espalhar para outras direções, com diminuição de energia e aumento do comprimento de onda. Somente em 1926 o químico Gilbert Lewis, sugeriu o nome para a partícula de luz o nome fóton.
             
O Átomo de Moseley -1913

O Inglês e físico Henry G. J. Moseley descobriu que quando os átomos eram bombardeados com raios catódicos, emitiam raios X. Com a emissão do espectro de raios X proporcional ao determinado átomo testado, conseguiu determinar especificamente o número de prótons do núcleo e com isso o seu número atômico.

O Átomo de Sommerfeld 
                 
O Modelo do Átomo de Sommerfeld - 1916              
As Sub-camadas

Arnold Sommerfeld estudando o espectro emitido pela luz, idealizou as sub-camadas s, p,d, f dos átomos. Segundo Sommerfeld as camadas do espectro da luz de Bohr, que possuiam linhas divisórias, estas, também seriam formadas por múltiplas linhas justapostas que levou o pesquisador a formular a teoria das subcamadas.

A camada K, possuiria somente um subnível, s.
A camada L, possuiria dois subníveis, s e p.
A camada M possuiria as subcamadas s, p, e d. E assim por diante.
          
Os Subníveis Eletônicos de Sommerfeld

Sommerfeld concluiu que os subníveis quanto mais se distanciavam do núcleo, mais eles se tornavam elípticos. Por exemplo, o subnível s (sharp ou nítida) seria circular, o subnível p (principal) já sofreria uma pequena variação se transformando numa elipse curta, o subnível d (diffuse) formaria uma elipse média e o subnível f (fine = fino) formaria uma elipse longa.

As subcamadas podem ser representadas do modo esquematizado abaixo.

Para os átomos maiores, o número máximo de orbitais e elétrons de cada subnível pode ser esquematizado conforme a tabela abaixo.

Broglie e os Elétrons em Ondas - 1924

Observações do Francês Lois de Broglie, levaram-no a considerar o relacionamento do deslocamento das ondas de radiações com os elétrons. Segundo ele haveria um paralelismo entre fóton e elétron. Com sua hipóteses ele chegou a concluir que o elétron teria dois comportamentos. Dependendo do modo que se trabalhe com ele, em dado momento ele seria uma partícula e noutro seria uma onda, apresentando um comportamento dual, portanto os elétrons apresentariam comportamento ondulatório e não seria simplesmente uma bolinha que se deslocaria numa linha reta.

Heisenberg e a Posição e Velocidade do Elétron - 1926

 Erwin Schrodinger, concluiu finalmente que o elétron é uma partícula onda que se desloca no espaço. O orbital seria a região ao redor do núcleo de um átomo onde haveria a probabilidade certa de se encontrar o elétron. Heisenberg trabalhou com o princípio da incerteza. Segundo ele é impossível saber a posição de um elétron e a sua velocidade num mesmo instante. Os elétrons num orbital estariam em todos os lugares ao mesmo tempo no mesmo orbital.

O Átomo de Chadwick - 1932
      
Um átomo com prótons nêutrons e elétrons

Chadwick professor de física, trabalhando com o bombardeamento do berílio com radiação alfa, descobriu que esta produzia uma radiação desconhecida que saia desse elemento químico. Era um tipo de radiação mais profunda e neutra, então concluiu que essa radiação era uma partícula neutra que seria arrancado do núcleo do átomo e denominou de nêutron.
          

Visão Atual do Átomo - 1980

Em 1980, já havia sido desenvolvido o microscópio de tunelamento (STM = Scanning Tunneling Microscope). Com ele pode-se fazer a varredura da superfície de um sólido a nível atômico, enxerga-se um borrão que se define como o átomo. 
A partir desse modelo tecnológico, apareceram outros modelos com o qual se faz a pesquisa do átomo. Microscópio de Força Atômica (AFM - Atomic Force Microscope) ou, ainda, SFM (Scanning Force Microscope).

O átomo atual é um intricado de partículas e sub partículas. No centro estariam os prótons e nêutrons formados pelos quarks e na periferia do átomo estariam os elétrons em constante movimentos.

Esquema representativo do átomo atual.

O átomo atual é um intricado de partículas e sub partículas

Divisão dos Elementos

Os elementos químicos agrupados como  substância, podiam ser divididos mas não perdiam a sua identidade . Veja exemplo

A Massa Dos Átomos  

A massa dos átomos é a soma de seus prótons e nêutrons do núcleo. Por exemplo observe o esquema representativo do átomo de oxigênio abaixo.

             

A massa é a soma dos prótons mais nêutrons do núcleo do átomo.

Exemplos 

A massa do hélio (He).

A massa do oxigênio (O).

A massa do níquel (Ni).

A massa do iodo (I).

A massa do tungstênio (W).

Cálculo do Número Atômico Dos Átomos  

O esquema figurativo abaixo mostra apenas os prótons ou a partícula de carga positiva do núcleo de um átomo qualquer.

                      

            

Calcular o número atômico dos átomos é o número de massa subtraído pelo número de nêutrons do átomo.

Dados: 

A = massa.

Z = número atômico.

N = número de nêutrons.

e = Número de elétrons. 

O número atônico do átomo de hidrogênio.

             

O número atômico do átomo de hélio.

O número atômico do átomo de boro.

Número de Nêutrons dos Átomos (N)

O número de nêutrons de um átomo é dada pela subtração do número de prótons da sua massa.

Exemplo

Número de nêutrons do hidrogênio (H).

Número de nêutrons do sódio (Na).

Número de nêutrons do ferro (Fe).

Número de nêutrons do nióbio (Nb).

Número de nêutrons do mercúrio (Hg).

Questões

1) É correto dizer que; Dalton com a sua teoria idealizou o átomo como:

a) corpos eletricamente neutros, mas com determinados números de elétrons e prótons que balanceariam a sua força energética positiva e negativa.

b) um pudim de passas, indivisíveis e indestrutíveis.e que os átomos diferentes, possuiriam diferentes massas e os de um mesmo elemento seriam iguais.
c) partícula esférica de carga positiva, com corpúsculos de cargas negativas dispersas na sua massa, indivisíveis e indestrutíveis.
d) partículas com duas regiões, uma com a eletrosfera com uma quantidade de elétrons de carga negativa, e outra com um núcleo sólido de carga positiva constituída por prótons.
e) partículas esféricas, maciças, indivisíveis e indestrutíveis. Afirmou que que os átomos diferentes, possuiriam diferentes massas e os de um mesmo elemento seriam iguais.

2) Sobre Dalton e a sua teoria sobre as massas dos elementos químicos podemos dizer que átomos de:

a)  diferentes elementos químicos são iguais, em tamanho e massa.

b)  um mesmo elemento químico são iguais, em tamanho e massa.

c)  elementos químicos iguais, são diferentes em peso e densidade.

d)  um mesmo elemento químico gasoso são diferentes quanto ao volume.

e)  elementos químicos diferentes podem formar substâncias simples.

3) Sobre as transformações da matéria, Dalton  formulou a teoria que:

a) as transformações dos átomos são recombinações da matéria.
b) as transformações da matéria são divisões de átomos.
c) as transformações da matéria são recombinações de átomos.
d) as transformações da matéria são transformações de átomos.
e) as recombinações da matéria formam átomos diferentes.

4) Thomson elabora o átomo como uma esfera sólida, com massa:

a) de carga negativa e corpúsculos de carga positiva incrustados na sua superfície.
b) sem carga e corpúsculos positivos incrustados na sua superfície.
c) de carga positiva e corpúsculos sem carga, incrustados na sua superfície.
d) de carga positiva e corpúsculos de carga negativa incrustados na sua superfície.
e) de carga positiva e corpúsculos de carga neutra incrustados na sua superfície.

5) Umas das teorias sobre o átomo de Thomson é que o átomo é a:

a)  menor porção em que pode ser dividido um elemento químico.
b)  maior parte em que pode ser dividida a matéria.
c)  menor porção que não pode ser dividido um elemento químico.
d)  grande porção em que pode ser associado os elementos químicos.
e)  menor quantia da divisão de um elemento químico.

6) A ampola de Crookes foi aperfeiçoada por Eugen Goldstein e posteriormente por  Joseph  John Thomson. Com ela conseguiram decifrar:

 a) os isótopos de hidrogênio cujas massas eram diferentes um do outro.
 b) a natureza dos raios solares que era formado por feixes de partículas positivas.
 c) a natureza do raio anódico, que era formado por feixes de partículas de carga negativa.
 d) a natureza do raio catódico, que era formado por feixes de partículas de carga positiva.
 e) a natureza do raio catódico, que era formado por feixes de partículas de carga negativa.

7) Raios catódicos são radiações produzidas por elétrons. Os elétrons são "gerados" ou arrancados do cátodo por causa da diferença de potencial, esse processo acontece no interior de um recipiente fechado contendo um gás rarefeito, portanto, são feixes de elétrons que se deslocam do eletrodo negativo o cátodo, para o:

a)  eletrodo negativo, o ânodo, devido a queda de potencial.
b)  eletrodo positivo, o cátodo, devido o aumento de potencial.
c)  eletrodo positivo, o ânodo, devido a diferença de potencial.
b)  eletrodo negativo, o ânodo, devido ao aquecimento.
e)  eletrodo negativo, o cátodo, devido ao desaparecimento do potencial.

 8) Em 1897, George Johstone Stoney deu o nome para as partículas de carga: 

 a)  positivas, chamando-as de positrons.
 b)  neutra, chamando-as de nêutrons.
 c)  positiva, chamando-as de prótons.
 d)  negativa, chamando-as de elétrons.
 e)  positiva, chamando-as de número atômico.

9) Rutherford imaginou o átomo semelhante ao sistema solar, com uma região constituída por um núcleo sólido de carga:

a) negativa e outra região distante do núcleo, que constituía uma eletrosfera com elétrons de carga positiva.
b) positiva e outra região distante do núcleo, que constituía uma eletrosfera com elétrons de carga negativa.
c) neutra e outra região distante do núcleo, que constituía uma eletrosfera com elétrons sem carga.
d) negativa e outra região distante do núcleo, que constituía uma eletrosfera com elétrons de carga negativa.
e) positiva e outra região distante do núcleo, que constituía uma eletrosfera com elétrons de carga positiva.

10) Rutherford com seus experimentos, também conseguiu provar, a existência de espaços vazios enormes, entre os átomos mais próximos um do outro por onde passavam:

a) a luz de espectro colorido.
b) o ar circulando.
c) as radiações.
d) os orbitais de outro átomo.
e) os raios X.

11) Bohr estudando o espectro emitido pela luz de átomos com maior número de elétrons, observou que formavam conjunto de linhas que foi chamado de espectro de raias. Com isso explicava que os elétrons podiam estar situados:

a)  num mesmo orbital.
b)  num mesmo nível ou camada eletrônica.
c)  numa mesma faixa do espectro da luz.
d)  em níveis diferentes de radiação infravermelha.
e)  em níveis opostos das camadas eletrônicas.

12) Segundo Sommerfeld as camadas do espectro da luz de Bohr, que possuiam linhas divisórias, estas também seriam formadas por múltiplas linhas justapostas que levou o pesquisador a formular a teoria:

a)  atômica.

b)  das ondas eletromagnéticas.

c)  da produção da luz.

d)  das subcamadas.

e)  das multi-camadas.

13) O Inglês e físico Henry G. J. Moseley trabalhando com a emissão do espectro de raios X proporcional ao determinado átomo testado, conseguiu determinar especificamente:

a) o número de elétrons em cada orbital do átomo.
b) o número de prótons do núcleo e com isso o seu número atômico.
c) o número de nêutrons do núcleo e com isso o seu número de massa.
d) a massa dos prótons do núcleo e com isso a emissão alfa.

e) o número de massa do núcleo e com isso o seu número atômico.

14) Chadwick professor de física, trabalhando com o bombardeamento do berílio e com radiação alfa, descobriu que esta produzia uma radiação desconhecida que saia desse elemento químico. Era um tipo de radiação mais profunda e neutra, então concluiu que essa radiação era uma partícula neutra chamada de:

a) próton.
b) elétron.
c) radioatividade.
d) núcleo.
e) nêutron.

15) O fóton sendo descrito por Albert Einstein em 1905, seria uma partícula:

a) de luz ou um corpúsculo com capacidade de arrancar elétrons de seus orbitais.
b) Interatômica com capacidade de arrancar elétrons de seus orbitais.
c) ou um corpúsculo com capacidade de produzir elétrons e formar orbitais.
d) do núcleo do átomo, com capacidade de arrancar elétrons de outros átomos.
e) de luz ou um corpúsculo com capacidade de arrancar prótons do núcleo do átomo.

16) Observações de Broglie levaram-no a considerar o relacionamento do deslocamento das ondas de radiações com os elétrons que teriam dois comportamentos, o elétron:

a)  num momento teria uma carga positiva e noutro negativa.   
b)  se deslocaria numa linha reta num sentido paralelo ao orbital.   
c)  num momento seria uma partícula e noutro seria uma onda.   
d)  num momento seria um elétron e noutro seria uma antimatéria.   
e)  num momento seria um coloide e noutro seria uma onda.   

17) Sabe-se que o elétron é uma partícula onda que se desloca no espaço, segundo Erwin Schrodinger, o orbital seria a região ao redor: 
  
a) de uma molécula, onde haveria a probabilidade certa de se encontrar o elétron.
b) de um próton do átomo, onde se encontrar o elétron devido a sua carga negativa.
c) do núcleo de um átomo, de se encontrar o elétron devido a atração eletromagnética.
d) do núcleo do átomo, onde haveria a probabilidade certa de se encontrar o elétron.
e) do núcleo do átomo, pois sua carga negativa atrairia o elétron.


18) Fogos de artifício utilizam íons metálicos como sais de sódio, bário, cobre, para produzirem diferentes cores quando queimados. Conforme Rutherford e Bohr, pelo processo de deslocamento do elétron de níveis de menor energia (externo), para níveis de maior energia (interno), e subsequente volta dos mesmos aos seus orbitais de origem, liberando as cores:

a) verde para o sódio, amarelo para o bário e azul para o cobre.
b) amarelo para o sódio, verde para o bário e azul para o cobre.
c) azul para o sódio, amarelo para o bário e vermelha para o cobre.
d) amarelo para o sódio, vermelha para o bário e verde para o cobre.
e) verde para o sódio, rosa para o bário e amarelo para o cobre.

19) O número de massa, prótons, nêutrons e elétrons do átomo de cobre 29Cu63,5  são respectivamente:

a) 19, 34, 29, 63

b) 35, 17, 18,34

c) 29, 34, 29, 38

d) 63, 29, 34, 29

e) 52, 35, 17, 45

Bibliografia

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Magno Urbano de Macedo, Antonio Carvalho. Química, Coleção Horizontes, IBEP, São Paulo

João Usberco, Edgard Salvador. Quimica. Volume único, quinta edição, 2003. Editora Saraiva

Texto em construção

Ligas Metálicas

                    Ligas Metálicas
      

 Circuitos de processador do ano 1995, bem caracterizado. Os microcircuitos de processadores são feitos de ligas metálicas ou de metais puros. A fonte de alimentação é feita de ferro, os cabos-flat USB, os fios internos são feitos de cobre revestidos por plástico. A prata está nos iPhones, em placa de desempenho, ou o processador 486 Intel está o ouro. O paládio cobre circuitos microeletrônicos de celulares, computadores etc. Os dissipadores de calor como o ventilador são feitos de alumínio. Atualmente o silício que não é metal está presente nos chips de computadores e smartphones.

Ligas Metálicas - Definição

Nas Ligas metálicas deve haver dois ou mais componentes e pelo menos um componente é o principal. As ligas são criadas para modificar ou acrescentar as propriedades de cada metal constituinte da liga. Essas propriedades que podem ser mudadas são: resistência mecânica, dureza, condutividade elétrica, condutividade térmica, temperatura de fusão, brilho.
As ligas podem ser feitas apenas de metais, de metais com semi metais e de metais com não metais. Como vocês podem ver há uma grande quantidade de tipos de ligas que as vezes nem fazemos ideia que podemos estar usando uma ou vários tipos de ligas simultaneamente nos objetos que utilizamos.

Exemplos de Ligas Metálicas.

Bronze

O bronze é uma liga metálica com a mistura de 90 % de cobre e 10 % de estanho. O Bronze é uma liga metálica resistente à corrosão feita de cobre e estanho, nessa liga também é acrescentado em pequenas proporções o zinco alumínio, antimônio, níquel, fósforo e chumbo. Esses componentes em pequenas proporções ajudam a melhora a qualidade do bronze.
      
Latão

Há vários tipos de ligas de latão. O latão simples é uma liga metálica, formada por cobre e zinco. É resistente á corrosão. O zinco entra na liga com uma porcentagem que pode ir de 3 até 45 %.

     
Liga de Bronze TM23

A liga de bronze TM23 criada e patenteada pela empresa Termomecânica de São Paulo é formada por cobre 73%, estanho 4%, zinco 8%, e chumbo 15%. 

Liga de ferro Fundido

É uma liga simples, composta de ferro e carbono, com um porcentagem de carbono de 2,14 %.  

Aço

O aço é uma liga metálica feita com ferro e 1 % de carbono, níquel, cromo, molibdênio.  

Liga de Aço Corten, Aço Patinável ou Aço aclimável.

É uma liga de ferro e carbono com pequenas concentrações de cobre. Esse aço adquire a cor do cobre metálico, que sofre oxidação com o tempo que passa a proteger o metal com uma fina camada.

Aço Inoxidável

O aço inox é uma liga metálica de ferro e cromo.

Ligas de Alumínio

São feitas com alumínio, cobre (Cu), silício (Si), magnésio (Mg), manganês (Mn), zinco (Zn) e lítio (Li). Essa ligas são pouco densas (leves), possui condutividade  elétrica e térmica alta, fácil conformação, baixa temperatura de fusão, e a matéria prima é abundante.

Ligas de Alucobond e Alubond

São feitas com duas lâminas de alumínio e polietileno no meio como um sanduiche.

Ligas Metálicas Não Ferrosas

Alpaca

Liga de cobre (Cu) e níquel (Ni) e zinco (Zn) nessa liga a quantidade de cobre empregada é alta, de 60 a 65% com aproximadamente 18 % de níquel e 17 % de zinco. Essa liga possui boa ductibilidade, e quando utilizadas em meio corrosivos são bem resistentes á corrosão. A alpaca é utilizada na confecção de: jogos de talheres e pratos de mesa, objetos de bijuteria, seletores de rádios, instrumentos cirúrgicos e dentais, zíper, chaves de alta qualidade, reostatos, bombas de tereré e de chimarrão, trastos de escala de instrumentos musicais de cordas como: guitarras, o violão e o contrabaixo, entre outros.

Zamac

A Liga é feita de zinco (Zn) alumínio (Al), magnésio (Mg) e cobre (Cu). Esses materiais dão resistência muito grande à corrosão, a tração, aos choques e aos desgastes. Atualmente está sendo substituído pelo alumínio na confecção de uma enorme quantidade de peças, pela vantagem que esse metal é mais barato e mais leve.

Ligas de Titânio

Liga Ti-6Al-4V (Titânio/Alumínio/Vanádio)

A liga de titânio, com 6% de alumínio e 4% de vanádio. Essa liga com a qual se constrói o aparelho que substitui os ossos das juntas do quadril de pacientes, quando necessário. O material é biocompatível e não é jeitado pelo organismo, tem elasticidade próxima ao do osso humano e por isso substitui muito bem os ossos desse local. 

Liga Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo

Liga de titânio, alumínio, estanho, zircônio, molibdênio.

Liga Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Cr-4Mo ou Ti-17. 

Liga de titânio, alumínio, estanho, zircônio, cromo, molibdênio.

Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo 

Liga de titânio 6% Alumínio, 2% estanho, 4% zircônio 2% molibdênio.

Ti-6Al-4V-2Sn

Liga de titânio alumínio 6%, vanádio 6% e estanho2%.

Ligas de Titânio do Tipo Alfa Beta.

Ti-6Al-4V-5CuO-5FeO 

Liga de titânio composta de 6% de alumínio, 4% de vanádio, 5% de óxido de cobre e 5% de óxido de ferro.

Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr-0,25Si 

Liga de titânio composta de 6% de alumínio, 2% de estanho, 2% de zircônio, 2% de molibdênio, 2 % de cromo,e 0,25% de silício.

Ligas de Titânio Tipo Beta

      

Esses tipos de ligas de titânio possuem baixa ductibilidade, e baixa resistência á tração.

   

Ti-13V-11Cr-3Al 

      

Liga de titânio composta por,vanádio 13% cromo, 11% e alumínio 3%.

      

Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al 

Liga de titânio composta por, molibdênio 8%, vanádio 8% ferro 2%, e alumínio 3%
       

Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr
          
Liga de titânio composta por, alumínio 3%, vanádio 8%, cromo 6%,  molibdênio 4% zircônio 4%.

Cu88Sn6Zn4Pb2

Liga de cobre CB22, com especificação americana SAE, de número 622, com (Cu) 88%, com estanho (Sn) 6%, Zinco (Zn) 4% e chumbo (Pb) 2%.

Cu83Sn7Zn3Pb7

Liga de cobre CB 23, com especificação americana SAE, de número 660, com (Cu) 83%, com estanho (Sn) 7%, Zinco (Zn) 3% e chumbo (Pb) 7%.

Cu88Sn8Zn4

Liga de cobre CB 24, com especificação americana SAE, de número 620, com (Cu) 88%, com estanho (Sn) 8%, Zinco (Zn) 4%.

Cu87Sn11Pb2

Liga de cobre CB 27, com especificação americana SAE, de número 63, com (Cu) 87%, com estanho (Sn) 11%, chumbo (Pb) (Zn) 2%.

Cu80Sn10Pb10

Liga de cobre CB 28, com especificação americana SAE, de número 64, com (Cu) 80%, com estanho (Sn) 10%, chumbo (Pb) (Zn) 10%.

Cu93Sn2Zn2Pb2

Liga de cobre CB 56 A, com especificação americana UNS, de número C83300, com (Cu) 80%, com estanho (Sn) 10%, chumbo (Pb) (Zn) 10%.
        

Usos Das Ligas Metálicas

Para se ter uma ideia da importância das ligas,  uma grande quantidade de ligas metálicas podem ser encontradas no mercado na forma de peças de usos em geral, somente as ligas de bronze há mais de trinta tipos, também há uma diversidade de ligas de titânio, diversas ligas de latão e de muitas outras e assim por diante. 
  
Utilização da Liga de Latão
                
É empregado na industria aeroespacial como por exemplo, insertos de latão na montagem de radar e antena de aviões. 
Na marinha broches e distintivos da aeronáutica, em rodas de leme de navios e barcos, em vigias de navios ou de espelhos dos navios, 
Na agricultura. 
Fixação, na forma de parafusos. 
Na pneumática como conexão para freios.
Nas canalizações, sejam sanitárias ou de gás, ou de água, se usa como peças de  encaixe de tubulação, cotovelos, adaptadores macho e fêmea de conexões de tubos, ou bico de mangueiras de gás, torneiras.
Na construção civil na canalização de instalações elétricas, componentes elétricos em geral, como pinos de tomadas, terminais de interruptores, dobradiças etc.
Tem utilidade como cabos decorativos. 
Na mecânica, parafusos, porcas, anéis de encaixe, tubos de latão para usinagem etc. 
Em partes de hardware.

Liga - Bronze TM23

A Liga de Bronze TM23 é utilizada na fabricação de bombas de água.
     
Fabrica-se também corpos de válvulas. Para que não sabe o que são corpos de válvula,  podemos citar o exemplo do corpo de válvulas do motor de um carro, que são peças localizadas no cárter da transmissão automática dos veículos. Elas captam o fluido e determinam qual circuito será alimentando com a pressão gerada pela bomba de óleo, são elas que alimentam as marchas disponíveis de trocas de velocidade do carro.
      
Com a liga de bronze TM23 fabrica-se também buchas mancais. 
   
Fabricam-se coroas. Para quem não sabe o que são coroas, são peças como por exemplo as coroas dentadas de bicicleta (essa coroa não é de bronze) onde se encaixa a corrente que faz girar as rodas. 
Anéis. Para quem não sabe o que são esses anéis, podemos citar um exemplo, são aqueles acessórios usados nos motores de carros.
        
Além desses há outros como:
Materiais hidráulicos e guarnições.
Placas de desgaste.
Mancais com alta velocidade e pressões elevadas.
Mancais para trem de laminação.
Trem de moendas. 
buchas para prensas. 
Sapatas, para quem não sabe o que são sapatas, nesse caso aqui, para ficar um pouco mais explicito para o leigo, podemos dizer que são peças que suportam tensões, trações, ou o peso de uma outra estrutura metálica colocada em cima,  por exemplo, sapatas de trens, ou as sapatas de carros, que são colocadas dentro do tambor de freios, próximo ao local onde é colocada a roda do veículo.
Fabrica-se ainda encostos etc. Sinos de igrejas.

Uso da Liga de Ferro Fundido
      
A liga de ferro fundido possui uma composição que pode ser preparada com carbono 3,2 % e silício 2,3 %, ou ainda com outras porcentagens na composição, somando ainda alguns outros componentes como manganês, molibdênio, cromo, vanádio etc, que podem ser adicionados na liga. Aparecem pelo menos 4 tipos de ligas de ferro fundido diferentes, a branca, cinza, de ferro fundido dúctil ou modular e o ferro fundido maleável. Cada uma tem a sua própria composição de preparação, no entanto a presença de silício, juntamente com o carbono é uma característica desse tipo de liga.
         
Utilidade  
Dependendo de cada tipo de liga, ela pode ser utilizada na produção de cilindros de laminação em máquinas, matrizes de estampagem, válvulas para vapor, e de recipientes de produtos químicos, cilindros para papel, girabrequins em veículos, diversos tipos de engrenagens, conexões para tubulações, sapatas de freios, caixa de engrenagens, bielas, coletores de escapamentos de carros, discos de freios, se adicionar titânio pode ser utilizado na fabricação de blocos de motores de ferro fundido etc.

Liga Alpaca - Utilidade

Por apresentar ductilidade, resistência á corrosão, de coloração esbranquiçada parecida com a prata, a alpaca possui brilho, portanto é utilizada na produção de objetos decorativos, bem como de bandejas de servir na cozinha e sala, pratos, talheres de mesa, entra na fabricação de válvulas hidráulicas, de cutelos, cremalheiras, seletores de estações num rádio, é também empregado na fabricação de instrumentos cirúrgicos, dentais, de zíper, chaves, reostatos, bombas de tereré, arames de resistores elétricos, molas de contato em equipamentos de telefonia e eletricidade, componentes de aparelhos ópticos e fotográficos, acessórios da construção naval, tem aplicação na fabricação de trastos de escala de instrumentos musicais de cordas, como o violão a guitarra o contrabaixo etc. Em alguns países é empregada na cunhagem de moedas.

Zamac - Utilização
   
As ligas zamac são de grande dureza e resistentes  à corrosão, são bastante dúctil, formam pelo menos 8 tipos diferentes de ligas, que são usadas na fabricação de fechaduras de residencias e de industrias, fivelas para cintos e calçados, rebites e enfeites para bolsas, carcaças de liquidificadores, batedeiras e ventiladores. Presta-se também para a fabricação de cobertura de motores, roldanas, microfones, engrenagens diversas, dobradiças de refrigeradores, componentes de relógios, grades de rádio e televisores, zíper, ponteiras, argolas, broches, medalhas, bijuterias em geral etc.

Utilização da Liga de Cobre Liga CB 27



Cálculos

1) Um lingote de 12 kg de bronze com 83 % de cobre 7% de estanho, 3 % de zinco, 7 % de chumbo, pergunta-se; qual é a massa dos componentes em gramas nessa peça?
     
Se:

       

Calculando a massa do estanho.

Calculando a massa do Zinco.

Calculando a massa do Cobre.

A soma das massas será:

         

Exercícios

1) Nas Ligas metálicas deve haver dois ou mais componentes e pelo menos um dos componentes é o principal. As ligas são criadas para modificar ou acrescentar as propriedades de cada metal constituinte da liga.
Assinale a alternativa que apresenta duas ligas de titânio e uma de bronze.

a) Ti-6Al-4V, FeS2, SnO2
b) Ti-6Al-4V, Ti-13V-11Cr-3Al, MnWO4
c) Ti-6Al-4V, Ti-13V-11Cr-3Al, (Cu,Sn)
d) TiO2, Ti-13V-11Cr-3Al, (Cu,Sn)
e) Ti-6Al-4V, Al2SiO5, Fe3O3

 2) Assinale a alternativa correta. O latão é uma liga metálica  de:
      
a) titânio, alumínio, estanho, zircônio, molibdênio, resistente à corrosão.    
b)  ferro e cromo, resistente à corrosão.
c) ferro, carbono, níquel, cromo, molibdênio, resistente à corrosão.
d) cobre e zinco, resistente á corrosão.
e) cobre, níquel e zinco, resistente à corrosão.

3) É uma liga de cobre (Cu) e níquel (Ni) e zinco (Zn) nessa liga a quantidade de cobre empregada é alta, de 60 a 65% com aproximadamente 18 % de níquel e 17 % de zinco. Essa liga possui boa ductibilidade, e quando utilizadas em meio corrosivos são bem resistentes á corrosão. Também é utilizada na confecção de: jogos de talheres e pratos de mesa, objetos de bijuteria, seletores de rádios, instrumentos cirúrgicos e dentais, zíper, chaves de alta qualidade, reostatos, bombas de tereré e de chimarrão, trastos de escala de instrumentos musicais de cordas como: guitarras, o violão e o contrabaixo, entre outros.

a) alpaca

b) zamac

c) liga de bronze TMC

d) latão

e) liga de alumínio.

4) A liga de ferro e carbono e cromo é uma:

a) liga de um metal com metal e outro metal.
b) liga de metal com um semi-metal e outro não metal.
c) liga de metal com não metal e outro metal.
d) liga de não metal com não metal, com outro não metal
e) liga de dois semi-metais, com um não metal.

5) A liga que apresenta ductilidade e resistência á corrosão, de coloração esbranquiçada parecida com a prata, possui brilho que leva á produção de objetos como bandejas de servir na cozinha e sala, pratos, talheres de mesa, entra na fabricação de válvulas hidráulicas, de cutelos, cremalheiras, seletores de estações num rádio, é também empregado na fabricação de instrumentos cirúrgicos, dentais, de zíper, chaves, reostatos, bombas de tereré, arames de resistores elétricos, molas de contato em equipamentos de telefonia e eletricidade, componentes de aparelhos ópticos e fotográficos e acessórios da construção naval é a:

a) Bronze TM23 - liga -  cobre, estanho, zinco, e chumbo.
b) Ti-6Al-4V-2Sn - liga de titânio, alumínio, vanádio, estanho.
c)  zamac - liga de alumínio, zinco, magnésio e cobre. 
d) alpaca - liga de cobre (Cu) e níquel (Ni) e zinco (Zn).
e) aço - liga de carbono, níquel, cromo, molibdênio. 

Bibliografia

Propriedades e aplicações I informações técnicas I Titânio ...
www.infonet.com.br?sitemetais-e-ligas-conteúdo-ler.phb?codAssunto...

Propriedades da liga de titânio, leia mais em M & S
www.manutençãoesuprimentos.com.br/...4780-propriedades-da-liga-de-...

Formação das ligas de titânio 
ftb.demec.ufp.../Fundição%20Obtenção%20e %20Formação%20...

Bronze - Termoquímica São Paulo SA
www.termomecnica.combr/default.asp?p=bronze

Principais Ligas, Formatos, Caracterisiticas e Aplicações do ...
www.shockmetais.com.br/especificaçoes/bronze/plig

Bronze Liga SAE-68A - Coppermetal
www.coppermetal.com.br/produtos_bronze_sae68a.htm

5- elementos de liga nos ferros fundidos cinzentos ... - infomet
www.infomet.com.br/siteaços-e-ligas-conteudo-ler.php?codConteudo.

Aula 5 - Aços e Ferros Fundidos
http//Kaiohdutra.files.wordpress.com/aula-5-aços-e-ferros-fundidos.p...

O Cobre - Etec Jorje Street
www.jorjestreet.combr/arquivos/professores/neris/cobre.pdf