Materiais em Engenharia Química

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ 
 
TRABALHO DA DISCIPLINA DE MATERIAIS EM ENGENHARIA 
QUÍMICA 2021-1 APNP 
 
 
 
 
 
JOSÉ GUILHERME MORAIS CAGNON 
 
 
 
 
 
Atividade – Atividades referentes ao capítulo 1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LONDRINA 
2021 
 
 
 
 
 
 
JOSÉ GUILHERME MORAIS CAGNON 
 
 
 
 
 
Atividade – Atividades referentes ao capítulo 1 
 
 
 
 
 
Atividade da disciplina de Materiais em 
engenharia química, apresentado como 
requisito para a obtenção dos créditos no 
curso de Engenharia Química pela 
Universidade Tecnológica Federal do Paraná 
- UTFPR. 
 
Nome do Professor: José Aécio 
 
 
Londrina 
2021 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
“Você não pode ensinar nada a ninguém, mas 
pode ajudar as pessoas a descobrirem por si mesmas”. 
(Galileu Galilei) 
 
 
 
 
 
 
1. O que caracteriza um material cristalino? 
 
R: 
O que caracteriza um material cristalino, independe do tipo de ligação encontrada no 
mesmo, caracteriza-se por apresentar um agrupamento ordenado de seus átomos, 
íons ou moléculas constituintes, que se repetem nas três dimensões. Os arranjos 
atômicos em um sólido cristalino podem ser descritos usando, como referência, os 
pontos de intersecção de uma rede de linha nas três dimensões. Em um material 
cristalino ideal, o arranjo desses pontos em torno de um ponto particular deve ser igual 
ao arranjo em torno de qualquer outro ponto da rede cristalina. 
 
2. O que são células unitárias? 
 
R: 
Uma célula unitária é nada mais é do que um conjunto de pontos ou posições atômicas 
repetitivas, denominado de célula unitária. Também pode ser definida como a menor 
porção do cristal que ainda conserva as propriedades originais do mesmo. 
 
3. Na estrutura CFC o número de átomos por célula unitária, N, pde ser calculado 
usando a seguinte fórmula: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
i. Por que Nf é dividido por 2 e por que Nv é dividido por 8? 
 
R: 
A razão pela qual ocorre o processo de divisão dos números diferentes, é devido ao 
fato de que ao número de átomos associados a cada célula unitária. Tudo depende 
da localização do átomo, ele pode ser considerado como compartilhado por células 
unitárias adjacentes, isto é, somente uma fração dos átomos está atribuída a uma 
célula específica. Por exemplo, nas células unitárias cúbicas, um átomo 
completamente no interior da célula “pertence” àquela célula unitária, um átomo em 
uma face da célula é compartilhado com outra célula, enquanto um átomo que está 
localizado em um vértice é compartilhado com outra célula, enquanto um átomo está 
localizado em um vértice é compartilhado por oito células. O número de átomos por 
célula unitária, N. Na estrutura cristalina CFC, por exemplo, existem oito átomos em 
vértices da célula (Nv = 8(, seis átomos em faces da célula (Nf = 6) e nenhum átomo 
no interior da célula (Ni = 0). 
ii. Qual deveria ser o valor de Ni para a CFC? 
 
R: 
Para a estrutura CFC, o valor de Ni (Número de átomos no interior da célula) deveria 
ser igual a 0. 
 
iii. Dê os valores de Ni, Nf, Nv e N para a estrutura CCC. 
 
R: 
Os valores, respectivamente para a estrutura CCC seriam, Ni = 1; Nf = 0; Nv = 8; N = 
2. 
4. Qual é o número de coordenação para CFC para CCC? 
 
R: 
O número de coordenação de CFC (Cristalina Cúbica de Faces Centrada) é 12. 
Enquanto o número de coordenação para estrutura cristalina de CCC (Cristalina 
Cúbica de Corpo Centrado) é 8 
 
 
 
 
 
 
 
5. Dê o fator de empacotamento atômico (FEA) da estrutura CFC e da CCC. Em 
seguida explique por que a FEA de uma é maior que a da outra. 
 
R: 
Para estrutura CFC, o fator de empacotamento atômico é 0,74, que é o máximo 
empacotamento possível para esferas que possuem o mesmo diâmetro. Já para 
estrutura CCC, por ter o número de coordenação menor do que quando comparado 
com o CFC, o fator de empacotamento atômico na estrutura CCC também é menor, é 
de 0,68. 
 
6. Explique o que é polimorfismo e dê um exemplo de um material que apresenta 
essa característica em diferentes temperaturas. 
 
R: 
O fenômeno conhecido como polimorfismo é quando alguns metais, assim como 
alguns ametais, podem ter maus do que uma estrutura cristalina. Um exemplo 
conhecido é encontrado no carbono: a grafita é o polimorfo estável sob as condições 
ambientes, enquanto o diamante é formado sob pressões extremamente elevadas. É 
importante destacar que na maioria das vezes, uma transformação polimórfica é 
acompanhada de uma mudança na massa específica ee em outras propriedades 
físicas. 
 
7. Por que se pode dizer que o Carbono é um elemento alotrópico? E elementos 
alotrópicos apresentam polimorfismo? 
 
 
R: 
Um elemento se diz alotrópico quando um mesmo elemento químico pode originar 
substâncias simples diferentes, sendo essas substâncias chamadas de alótropos ou 
formas alotrópicas daquele elemento. Quanto ao elemento Carbono, sim, podemos 
dizer que ele é uma espécie química que apresenta a alotropia, pois no grafite a 
estrutura cristalina tem uma forma hexagonal simples e no diamante ela é hexagonal 
reversa. O polimorfismo ou alotropia são o mesmo conceito, mas com nomes 
diferentes. 
 
 
8. Defina o que são sólidos não cristalinos ou amorfos. 
 
R: 
Sólidos não cristalinos ou amorfos é todo composto que tem como unidade básica 
átomos, íons ou moléculas que não apresentam uma ordenação de longo alcance 
(distâncias atômicas). No entanto podem apresentar ordenação de curto alcance. 
 
9. Complete as lacunas faltantes sobre Redes de Bravais: 
 Existem apenas 7 (1) (a menor unidade repetitiva que reproduz a estrutura de 
um cristal: Triclínico, cúbico, monoclínico, ortorrômbico, tetragonal, trigona e 
hexagonal, que definem os 7 sistemas cristalinos no espaço tridimensinal. As redes 
descritas por estes sistemas podem ser primitivas (apenas um átomo por célula 
unitária) ou não primitiva (mais de um átomo por célula unitária) o que resulta em (2) 
tipos de rede cristalinas, designadas redes de Bravais, em homenagem a Auguste 
Bravais que propôs o sistema de classificação em 1850. 
 
R: 
(1) - Célula unitária 
(2) - 14 
 
10. Nesta imagem vemos grão e contornos de grãos de um aço carbono, explique 
sucintamente como os contorno de grãos são formados. 
 
R: 
Os contornos de grão são nada mais do que defeitos planos ou interfaciais. O contorno 
de grão corresponde a região que separa dois ou mais cristais de orientação diferente. 
Um cristal equivale a um grão. É importante demarcar que no interior de cada grão 
todos os átomos estão arranjados segundo um único modelo e única orientação, 
caracterizada pela célula unitária. O que acontece é que na superfície os átomos não 
estão completamente ligados, o estado de energia dos átomos na superfície é maior 
que no interior do cristal; os materiais tendem a minimizar essa energia (expressa em 
J/m^2).