ATIVIDADE 1 - CIÊNCIA DOS MATERIAIS

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QUESTÃO 1
ATIVIDADE DE ESTUDO 1 - CIÊNCIAS DOS MATERIAIS
​PARTE A
Para cada um dos seguintes itens ou dispositivos, determine qual material específico é usado e quais propriedades específicas esse material possui para o dispositivo funcionar corretamente. Faça um breve descritivo de como foi a evolução dos materiais para cada um dos itens e quais são os materiais do futuro para que as características desejadas sejam melhoradas.
- Baterias de telefone celular (smartphones);
R:
· Material específico:
- Ion lítio
· Propriedades específicas:
- O lítio é um elemento químico com massa atômica 6,941u pertencente à série dos metais alcalinos. Sua obtenção é feita pela eletrólise de sais como cloreto de lítio. Aplicado em diversos seguimentos industriais, como reagente e catalisador utilizado na fabricação de polímeros, o lítio, por ter baixa densidade e ser um bom condutor e armazenador de energia, é muito utilizado para fabricação de baterias. 
· Símbolo: Li
· Massa atômica: 6,941u
· Número atômico: 3
· Eletronegatividade: 0,98
· Configuração eletrônica: 1s² 2s¹
· Densidade: 535 kg/m3
· Série química: Grupo 1 (Família 1A), série dos metais alcalinos
· Ponto de fusão: 1341,85 °C
· Inflamável
· Reativo
· O lítio usinado apresenta brilho, mas, em contato com o ar e a água, ele adquire aspecto acinzentado com presença de manchas decorrentes de processos reativos. 
· Bom condutor elétrico
· Baixa densidade (< 1 g/m³)
· Breve descritivo da evolução:
Os primeiros “acumuladores de energia” foram gerados para poder testar cargas em experimentos químicos. Eles foram os capacitores que são compostos por placas metálicas, paralelas, as quais são separadas por um isolante.
Baterias de chumbo - Foi utilizada a primeira vez em 1859, criada pelo físico francês, Gaston Planté.
Uma célula constituída por uma placa de óxido de chumbo e outra de chumbo metálico, imersas em ácido sulfúrico, produzindo sulfato de chumbo.
Esse sistema é muito pesado para pequenos aparelhos. É o mais utilizado em baterias de carro, no breaks e iluminações de emergência.
Baterias Lítio – ion - Depois de muito tempo, surgiu o novo modelo de bateria, formadas de Íons de Lítio.
Criada na década de 1970, por Manley Stanley Whitingham, um químico americano.
Sua placa positiva consiste em óxidos de cobalto e lítio depositados sobre uma lâmina de alumínio. A negativa, por carbeto de lítio depositado sobre uma lâmina de cobre, separados então por uma folha de material plástico poroso e embebido com uma solução orgânica de sais de lítio, enroladas em forma cilíndrica ou prismática.
Apesar do custo um pouco mais alto, é a melhor e a mais utilizada bateria atualmente, em dispositivos portáteis, telefones e notebooks.
Baterias de lítio polímero - Criada em 1979, por Michael Armand, químico francês. Essa bateria funciona igual a bateria de lítio íon, só que o separador plástico e o eletrólito foram substituídos por uma folha de polímero condutor de íons de lítio.
Isso melhorou a segurança da bateria, porém ainda é caro para a produção industrial.
Essa bateria foi usada e ainda é usada em carros elétricos, como o Autolib.
Baterias de sódio - Essa bateria é utilizada nos veículos elétricos e sistemas de armazenamento de energia. Foi criada em 1982, pelo Dr. Johan Coetzer da África do Sul.
Ela é constituída por placas negativas de sódio e por placas positivas de cloreto de níquel. Para funcionar, precisa de temperaturas elevadas de 250 a 300 ºC. Seu material é abundantemente amigável com o meio ambiente.
Baterias de níquel - A última até então, utilizada até os dias de hoje. Foi desenvolvida em 1989, pela empresa alemã de carros Daimler AG.
Essa bateria tem estrutura similar a de níquel cadmio, porém possui uma liga metálica que absorve hidrogênio ao invés de cadmio. 
· Materiais do futuro:
Baterias de íon sódio
Cientistas no Japão estão trabalhando em novos tipos de baterias que não precisam de lítio como a bateria do seu smartphone. Essas novas baterias usarão sódio, um dos materiais mais comuns do planeta, em vez do raro lítio - e serão até sete vezes mais eficientes do que as baterias convencionais.
- Células solares fotovoltaicas.
R:
· Material específico:
As células fotovoltaicas devem ser produzidas em materiais semicondutores, portanto, os tipos de células solares mais utilizados no mundo atualmente são de silício, tais como silício cristalino, silício monocristalino (mono-Si), silício policristalino (multi-Si) e silício amorfo (a-Si).
· Propriedades específicas:
Número atômico: 14
Massa atômica: 28,0855 u
Ponto de fusão: 1410,0 ° C (K 1683,15, 2570,0 ° F)
Ponto de ebulição: 2355,0 ° C (2.628,15 K, 4271,0 ° F)
Número de prótons / Elétrons: 14
Número de nêutrons: 14
Classificação: Metalóide
Densidade 293 K: 2,329 g / cm 3
Cor: cinza
Data da descoberta: 1823
Descobridor: Jons Berzelius
Usos: vidro, semicondutores
Obtido a partir de: segundo elemento mais abundante. Encontrado em argila, granito, quartzo, areia.
· Breve descritivo da evolução:
O efeito fotovoltaico foi primeiro demonstrado experimentalmente pelo físico francês Alexandre Edmond Becquerel. Em 1839, aos 19 anos, experimentando no laboratório de seu pai, ele construiu a primeira célula fotovoltaica do mundo. Willoughby Smith descreveu pela primeira vez o "Efeito da Luz em selênio durante a passagem de uma corrente elétrica", em um artigo científico que foi publicado no dia 20 de fevereiro de 1873 da revista Nature. Contudo, só em 1883 foram construídas as primeiras células fotovoltaicas, por Charles Fritts, que cobriu o selênio semicondutor com uma camada extremamente fina de ouro de modo a formar junções. O dispositivo teve apenas cerca de 1% de eficiência. Ao longo dos anos desenvolveu-se diversos tipos de células fotovoltaicas solares com vários tipos de materiais, como:
- Silício cristalino (c-Si) 
- Silício amorfo (a-Si)
- Arsenieto de gálio (GaAs)
- Telureto de cádmio (CdTe) 
Atualmente, as células fotovoltaicas são produzidas com silício com eficiência de 16%.	
· Materiais do futuro:
Células de silício heterojunção consistem em camadas finas de silício amorfo depositadas em wafers de silício monocristalino. Essa combinação entre a tecnologia tradicional de silício cristalino com a de silício amorfo (filme fino) aumenta em 20% a eficiência das células e é, provavelmente, a tecnologia com o maior potencial de crescimento. Ou seja, em 10 anos, é provável que as pessoas já tenham painéis de HJT na sua casa. 
PARTE B 
Para o ferro CCC, calcule (a) o espaçamento interplanar e (b) o ângulo de difração para o conjunto de planos (220). O parâmetro de rede para o Fe é 0,2866 nm. Suponha, ainda, que seja usada uma radiação monocromática com comprimento de onda de 0,1790 nm e que a ordem de reflexão seja 1.
 R:
· Calculando o espaçamento interplanar:
· Calculando o ângulo de incidência:
· Ângulo de difração: