A1-2021-QUÍMICAGERALECIÊNCIASDOSMATERIAIS pdf

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QUÍMICA GERAL E CIÊNCIAS DOS MATERIAIS
Prof. Gilberto Augusto de Morais
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JUSTIFICAR RESPOSTAS
1- Materiais são constituídos por átomos que, no estado sólido, mantêm-se unidos por ligações químicas primárias e secundárias. O tipo de ligação afeta as propriedades químicas e físicas do material. Acerca desse assunto e sabendo que Z(H) = 1; Z(C) = 6; Z(O) = 8; Z(CR) = 17; Z(Ca) = 20, assinale a opção incorreta.
A Diferentemente do que ocorre com materiais metálicos e cerâmicos, a temperatura de fusão dos polímeros é determinada por ligações primárias covalentes e não por ligações secundárias fracas, como ligações de Van der Waals e pontes de hidrogênio.
B A ligação química formada entre átomos de cálcio e oxigênio é predominantemente iônica.
C A ligação carbono-cloro tem energia menor que as ligações carbono-carbono e carbono-hidrogênio. Por essa razão, durante a degradação do policloreto de vinila (PVC), ocorre a liberação de ácido clorídrico (HCR) devido à quebra da ligação carbono-cloro. D O módulo de elasticidade do silício metálico (Si) é menor que o da sílica (SiO2), devido à mais alta energia das ligações presentes neste composto.
E O elemento químico cobre é encontrado na natureza na forma de óxido de cobre, dado que a ligação química iônica é mais estável que a ligação metálica.
2- As propriedades dos materiais podem ser analisadas com base nas ligações químicas predominantes estabelecidas nos mesmos. Análise criteriosa nos tipos de ligações químicas pode qualificar os materiais para diversas aplicações. A comparação das forças de ligação de diferentes materiais em um gráfico da força versus a separação interatômica resulta em um conjunto de propriedades inerentes aos materiais avaliados.
Propriedades como o módulo de elasticidade e o coeficiente linear de dilatação térmica podem ser extraídas do gráficos citado.
Força versus separação interatômica
ASKELAND, D. R; PHULE, P. P. Ciência e Engenharia dos Materiais. São Paulo:Cenage Learning, 2008, p.39 (com adaptações)
Com base no texto e no gráfico acima, avalie as afirmações a seguir.
I. O material apresentado na curva I tem maior resistência à deformação elástica do que o material da curva II.
II. A curva II apresenta um material com baixa variação dimensional quando submetido a temperaturas inferiores à temperatura de fusão do mesmo.
III. Para aplicações que necessitam de baixas variações dimensionais, o material indicado é o da curva I.
IV. A diferença de eletronegatividade entre átomos classificados como metais e ametais acentua a força de ligação como demonstrado na curva II.
É correto apenas o que se afirma em A I.
B II.
C I e III. D II e IV. E III e IV
3- Defeitos na estrutura cristalina são imperfeições ou “erros” no arranjo periódico dos átomos em um cristal.
Podem envolver irregularidades na posição dos átomos ou na natureza dos mesmos. O tipo e a quantidade de defeitos dependem do material, do meio ambiente e das circunstâncias sob as quais o material é processado.
PADILHA, F. A. Materiais de engenharia microestrutura e propriedades, Ed. Humus, 2000.
Os defeitos cristalinos podem ser classificados em puntiformes (lacunas ou vacâncias, substitucionais e intersticiais), lineares (discordâncias ou deslocações) e bidimensionais (defeitos de empilhamento, contornos de macla, contornos de sub-grão, contornos de grão, contornos de antifase e interfaces entre fases diferentes).
Com base nas características dos defeitos, avalie as seguintes afirmações.
I. Os defeitos puntiformes mencionados acima causam distorções na rede cristalina, mas não influenciam as propriedades do material.
II. Ao contrário dos sólidos iônicos, os metais não têm sua neutralidade elétrica alterada pela presença de defeitos cristalinos.
III. Os átomos de soluto dissolvidos no metal desempenham um papel importante na deformação plástica, causando o endurecimento por solução sólida.
IV. Denomina-se lacuna ou vacância uma posição desocupada do reticulado. Ela desempenha papel muito importante na difusão.
V. Átomos estranhos, de impurezas ou adicionados intencionalmente, não são considerados defeitos puntiformes.
É correto apenas o que se afirma em A I, II e III.
B I, II e V. C I, IV e V.
D II, III e IV. E III, IV e V.
4- Um material qualquer possui uma estrutura cristalina do tipo cúbica de corpo centrado, um parâmetro de rede de 0,3 nm e uma massa atômica de 54 g/mol. Qual será a massa específica, em g/cm3, do material?
A 2,3
B 4,6
C 6,7
D 8,4
E 10,9
5- Nos materiais cristalinos apresentam uma organização periódica em que o volume unitário pode ser descrito por um paralelogramo com parâmetros geométricos bem definidos: arestas, denominadas a, b e c e os ângulos entre os planos das faces do paralelogramo, denominados α, β e γ.
Associe o sistema cristalino com seus parâmetros geométricos
As associações corretas são:
A I – P , II – T, III – Q , IV – R
B I – Q , II – R, III – S , IV – T
C I – Q , II – T , III – R , IV – S
D I – Q , II – R, III – P , IV – S
E I – T , II – R, III – S , IV – Q
6- Os materiais sólidos são agrupados em três categorias básicas: metais, cerâmicas e polímeros. Esse agrupamento é baseado na composição química e na estrutura atômica. Os materiais compósitos, caracterizados pela união de dois ou mais materiais diferentes, são uma classe adicional. Porém, com a tecnologia, outras classes de materiais têm surgido, por exemplo, semicondutores, biomateriais e materiais inteligentes. Com relação às características dos grupos de materiais, assinale a opção correta.
A O óxido de alumínio (Al2O3) é um metal composto por um ou mais elementos metálicos e, com frequência, também por elementos não metálicos (carbono, nitrogênio e oxigênio, por exemplo) em quantidades relativamente pequenas.
B As cerâmicas são compostos formados por elementos metálicos e não metálicos (na maioria das vezes, óxidos, nitretos e carbetos).
C Com exceção dos compósitos e dos semicondutores, quaisquer materiais podem ser usados como biomateriais, desde que não produzam substâncias tóxicas e sejam compatíveis com os tecidos do corpo humano.
D Os polímeros, em sua maioria, são compostos inorgânicos cuja química é baseada em elementos como carbono, hidrogênio e elementos metálicos.
E Semicondutores são um grupo de materiais caracterizados por propriedades elétricas melhores que aquelas exibidas por materiais metálicos e suas ligas e pelos materiais isolantes.
7- Os metais são considerados materiais cristalinos, isto é, apresentam um arranjo periódico ou repetitivo no posicionamento de seus átomos. Basicamente, na maioria dos metais mais comuns, existem três tipos de estruturas cristalinas: cúbica de faces centradas (CFC), cúbica de corpo centrado (CCC) e hexagonal compacta (HC). A subdivisão da estrutura cristalina é chamada de célula unitária. A célula unitária da estrutura cristalina CCC apresenta o formato cúbico. Sendo assim, qual é a relação entre o raio atômico (R) e o comprimento da aresta do cubo (a) da estrutura cristalina CCC?
A a=3R √3 B a=4R√2
C a=4R/√3 D a=2R√2
E a=3R/√3
8- Os índices de Miller dos planos A e B, pertencentes a uma estrutura cristalina cúbica, cuja célula unitária é mostrada na figura, são, respectivamente,
A	e ( 2 3 0 )
B	e ( 0 2 3 )
C	e ( 0 2 3 )
D	e ( 2 3 0 )
E	e ( 2 3 0 )
9- Uma engrenagem de uso comum em um equipamento hospitalar é fabricada com aço 1045 e tratada termoquimicamente. Considerando a ordenação e a desordenação atômica nesse sólido, e que o componente mecânico está à temperatura ambiente, é correto afirmar que seu fator de empacotamento é aproximadamente
A √3/2 B √3/4 C √3/6 D √3/8 E √3
10- As propriedades mecânicas de um material estão diretamente associadas ao nível de energia envolvido nas ligações atômicas que correlacionam seus componentes químicos. Entre os tipos mais comuns, um se destaca pelo fato de os elétrons da camada de valência serem compartilhados a partir de átomos com alta eletronegatividade, formando ligações direcionais. Combase no exposto, assinale a alternativa que indica a ligação química apresentada.
A Covalente. B Metálica. C Iônica.
D Van der Waals.
E Eletrolítica.
11- Os principais reticulados cristalinos, segundo os quais cerca de dois terços dos metais cristalizam, são:
A Cúbico de corpo centrado – hexagonal compacto – romboédrico. B Cúbico simples – tetragonal de corpo centrado – hexagonal.
C Cúbico de corpo centrado – cúbico de face centrada – hexagonal compacto. D Ortorrômbico simples – monoclínico simples – cúbico simples.
E Hexagonal – cúbico simples – tetragonal de copo centrado.
12- Considere, as curvas de energia de potencial de ligação química (E), em função do espaçamento interatomico (r)dos materiais A e B.
Com base nestas curvas, pode-se afirmar corretamente que o material
A B apresenta menor temperatura de fusão e maior rigidez que o material A.
B B apresenta maior temperatura de fusão e menor coeficiente de dilatação térmica que o material A.
C B apresenta maior resistência mecânica e maior rigidez que o material A.
D B apresenta maior resistência mecânica e maior coeficiente de dilatação térmica que o material A.
E A apresenta menor resistência mecânica e maior coeficiente de dilatação térmica que o material B.
13- No campo da ciência de materiais, defeito ou imperfeição estrutural significa que ocorre uma interrupção, uma irregularidade ou um desarranjo na estrutura do material.
A presença de imperfeições não implica, necessariamente, em um efeito negativo sobre as propriedades. A respeito desse tema, assinale a opção incorreta.
A Lacunas são imperfeições no arranjo atômico que, geralmente, estão presentes em materiais metálicos e cerâmicos, o que possibilita a difusão atômica, necessária para a maioria dos processos de transformação de fase.
B O contorno de grão, imperfeição estrutural tipicamente presente em materiais monocristalinos, influencia as propriedades mecânicas do material. Reduzindo-se o tamanho do grão, é possível diminuir o limite de resistência do material.
C A deformação plástica de metais, por meio da qual são possíveis diversos processos de conformação mecânica, como, por exemplo, a laminação, ocorre por meio do movimento de discordâncias ou de deslocações.
D A presença de poros pode — ou não — ser desejável, dependendo da aplicação do material. Poros podem ser introduzidos intencionalmente, por exemplo, para reduzir a condutividade térmica de materiais.
E A adição intencional de impurezas em um material, mesmo em pequenas quantidades, pode afetar significativamente suas propriedades ópticas e elétricas.
14- Um metal possui estrutura cristalina do tipo cúbica de face centrada e um raio atômico equivalente a 0,12 nm. Quantos átomos por centímetro possui na direção [101]?
A 2,5x105 B 4,2x107 C 6x108 D 7,5x109 E 10x1010
15- A caracterização microestrutural por microscopia óptica permite relacionar a microestrutura com as propriedades de um material. O resultado de uma boa caracterização depende do conhecimento teórico da técnica.
Em relação à microscopia óptica, analise as afirmações abaixo.
I. A imagem observada é caracterizada por três parâmetros: aumento, resolução e contraste.
II. O aumento depende somente da lente objetiva.
III. Na microscopia, o contraste é o fator mais importante, pois permite observar mais a fundo o material.
IV. A resolução de um sistema microscópico significa a sua capacidade de separar individualmente detalhes adjacentes de uma imagem.
É correto apenas o que se afirma em A I e II.
B I e IV.
C II e III.
D I, III e IV.
E II, III e IV
16- Destaca-se, na atuação de engenheiros da área de materiais, a busca de novas estruturas que possam ser aplicadas na fabricação de micro e nanoelementos para a indústria eletrônica. Nesse sentido, o uso de peças de metal, para se controlar o fluxo elétrico em dispositivos bastante específicos poderá, em breve, ser desnecessário.
Pesquisa desenvolvida pela Universidade da Califórnia, nos Estados Unidos, mostra que o nanotubo de carbono (diâmetro típico de 1 nm) poderá também desempenhar o papel de controlador elétrico. Um nanotubo de carbono é uma monocamada de átomos de carbono na forma de rolo de dimensões nanométricas, caracterizado por um certo diâmetro e um certo ângulo de helicidade, características que o definem completamente. Aparentemente, os nanotubos de carbono são gerados a partir de gotas de carbono que aparecem a temperaturas de alguns milhares de graus Celsius quando utilizado o método do arco elétrico. Não há provas da existência da fase líquida do carbono. Como a temperatura de fusão do carbono, em pressão atmosférica, é da ordem de 5.000°C, alguns cientistas acreditam que o carbono evapora antes de fundir. Entretanto, os nanotubos de carbono observados através de microscopia eletrônica revelaram a ocorrência de bolhas que lembram as gotas de orvalho que se formam sobre os fios de uma teia de aranha
O primeiro passo para se viabilizar essa nova tecnologia na fabricação de dispositivos semicondutores (chips) é a caracterização estrutural dos nanotubos de carbono. Para corretamente se caracterizar a estrutura de um nanotubo de carbono isolado (diâmetro e helicidade), a técnica mais apropriada é
A difração de raios X.
B cromatografia.
C análise térmica diferencial. D microscopia eletrônica.
E espectrometria de absorção atômica.
17- Tragédia no espaço:
Explodiu o ônibus espacial Columbia
Uma provável causa da explosão no ônibus espacial (space shuttle) teria sido o desprendimento de uma peça dos foguetes propulsores que teria atingido a parte inferior da asa esquerda da nave, danificando a cobertura de cerâmica, projetada para suportar as altas temperaturas geradas pelo calor decorrente do atrito com a atmosfera durante a reentrada na Terra.
Quando um veículo como o ônibus espacial reentra na atmosfera, a temperatura na sua superfície pode atingir valores muito altos. A figura acima mostra um mapeamento das temperaturas mais altas que a proteção de isolamento térmico superficial do ônibus espacial pode suportar, estando as mais altas no nariz e nas asas. Um compósito com matriz de carbono reforçado com fibras de carbono e recoberto com carbeto de silício foi desenvolvido para proteger essas áreas. Entre o material compósito e a estrutura metálica do ônibus, foram colocadas mantas isolantes térmicas, que limitam a temperatura da estrutura metálica a 180 ºC.
Com base nessas informações, assinale a opção correta.
A A transmissão de calor através das diferentes camadas que formam o isolamento térmico independe da espessura dessas camadas.
B O revestimento de carbeto de silício tem como função evitar a oxidação do compósito à base de carbono decorrente das altas temperaturas e da presença de oxigênio na atmosfera.
C A utilização de adesivo polimérico para fixação das mantas isolantes térmicas à estrutura metálica não seria adequada, uma vez que esse material não suporta a temperatura especificada no projeto.
D Visto que aplicações na indústria aeroespacial não têm limitação quanto à densidade dos materiais utilizados especificamente para a confecção de peças de altíssimo desempenho, em vez de compósito de carbono, poderiam ter sido utilizadas lâminas de tungstênio, o que teria evitado o acidente.
E Em razão das diferentes temperaturas a que as partes da estrutura da aeronave são submetidas durante sua reentrada na atmosfera, todos os materiais constituintes dessas partes devem ter o mesmo coeficiente de expansão térmica.
18- Lei de Coulomb enuncia que a intensidade da força de ação mútua entre duas carga puntiformes é diretamente proporcional ao produto dos valores absolutos das cargas envolvidas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa. Assim,
𝐹 = 𝑘 |𝑄1|
|𝑄2|
Em que k é a constante eletrostática. No Sistema Internacional (SI), a unidade adequada para a constante eletrostática é
A	𝑁𝑚
𝐶
B	𝑁𝑚2
𝐶
 (
C
)𝑁𝑚2
𝐶2
 (
D
)𝑁𝑚
𝐶2
E	𝑁2𝑚2
𝐶
19- A deformação plástica de um material em temperaturas consideradas baixas (frias), quando comparadas a sua temperaturade fusão, produz alterações microestruturais e mudanças nas propriedades mecânicas do material. Essas propriedades e estruturas alteradas podem ser revertidas aos seus estados anteriores mediante tratamento térmico adequado. Com relação ao processo de deformação plástica a frio e ao tratamento térmico de recozimento, assinale a opção correta.
A Aumentando-se a porcentagem do trabalho a frio, melhora-se a taxa de recristalização, o que resulta no aumento da temperatura de recristalização, que se aproxima de um valor constante ou limite.
B A recristalização e um fenômeno que ocorre primordialmente pela ausência de forca externa deformando o material associada ao aumento da temperatura e, consequentemente, ao aumento da difusão.
C O processo de deformação a frio promove aumento do número de defeitos de discordâncias na estrutura dos materiais, o que, consequentemente, confere ao material uma maior resistência mecânica.
D Após o processo de recozimento de recuperação, a microestrutura apresenta um novo conjunto de grãos livres, equiaxiais, com baixa densidade de discordância, que são característicos das condições previas ao processo de trabalho a frio.
E O comportamento de recristalização de uma liga metálica especifica e, algumas vezes, determinado em termos da temperatura de recristalização, que e a temperatura na qual a recristalização atinge seu termino em um intervalo de tempo entre uma e duas horas.
20- O amianto, conhecido também como asbesto, é um material constituído por fibras incombustíveis. É empregado como matéria-prima na fabricação de materiais isolantes usados na construção civil, como fibrocimento. O uso dessas fibras vem tendo queda desde a década de 1960, quando estudos confirmaram os efeitos cancerígenos desse material, principalmente sobre o aparelho respiratório. Entre seus componentes, além do SiO2, estão o óxido de magnésio (MgO) e o óxido de alumínio (Al2O3).
Em relação ao composto MgO, analise as afirmativas:
I. A ligação entre o magnésio e o oxigênio se dá por transferência de elétrons, sendo classificada como ligação iônica.
II. Os átomos não alcançaram a configuração do gás nobre após a ligação.
III. Após a ligação entre os átomos de magnésio e oxigênio, há formação de um cátion Mg2+ e um ânion O2–
Dados: Mg (Z = 12); O (Z = 8)
Está (ão) correta (s) apenas: A I.
B II. C III.
D I e II. E I e III.