Lista 2 - Ciência dos materiais

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CAPÍTULO 2: 
(Data de entrega: DATA DA 1a PROVA) 
1) Defina número de Avogadro e dê seu valor. 
É o número de átomos/moléculas de um g/mol. Seu valor corresponde a 
6x1023mol−1. 
 
2) Qual a massa em repouso e a carga de um elétron, próton e nêutron? 
Qual a relação destes valores entre estas partículas? 
Prótons e nêutrons apresentam a mesma massa, já em relação aos 
elétrons a massa de prótons/nêutrons = 1822 x massa dos elétrons. 
Prótons e elétrons apresentam o mesmo valor de carga porém opostas 
(prótons têm carga positiva e elétrons carga negativa) e os nêutrons apresentam 
carga igual a zero. 
• Próton: 
o Carga = +1,6x10−19C 
o Massa = 1,66x10−24g 
• Nêutron: 
o Carga = 0 C 
o Massa = 1,66x10−24g 
• Elétron: 
o Carga = −1,6x10−19C 
o Massa = 0,911x10−27g 
 
3) O que é isótopo? E isóbaro? 
• Isótopo: Mesmo elemento com mesmo número atômico, mas com 
massas atômicas diferentes. 
• Isóbaro: São elementos diferentes, logo apresentam número 
atômico diferente, mas com o mesmo valor de massa atômica. 
 
 
 
 
4) Compare o raio iônico de um mesmo elemento com o raio iônico de 
seu átomo neutro (faça para um cátion e um ânion). Por que isso ocorre? 
O ânion apresenta um raio iônico menor que o mesmo elemento neutro, 
já que se refere a um íon negativo (perdeu elétrons) faz com que tenha uma 
maior atração com o núcleo. 
O cátion apresenta um raio iônico maior que o elemento neutro pelo ganho 
de elétrons, que fará com que haja uma menor atração com o núcleo. 
 
5) O que são os números quânticos de um átomo? 
Os números quânticos definem a distribuição dos elétrons em torno do 
átomo. Existem quatro números quânticos: 
a. Nº Quant. Principal (n): Representa os níveis principais de 
energia. 
b. Nº Quant. Secundário (l): Representa os subníveis de energia 
(0,1,2,3 ou s,p,d,f). 
c. Nº Quant. Magnético (ml): Representa a orientação espacial de 
um orbital eletrônico. Este valor depende de l, sendo m = 2l+1. 
d. Nº Quant. De Spin (ms): Representa as duas condições 
permitidas de um elétron girar em torno do seu próprio eixo. Pode 
ser horário ou anti-horário (+
1
2
 ou −
1
2
). 
 
6) Qual é o princípio de exclusão de Wolfgang Pauli? 
O princípio diz que pode haver no máximo dois elétrons em um orbital, 
mas com spin opostos. 
 
7) Os elementos 21 a 29, 39 a 47 e 72 a 79 são conhecidos como 
elementos de transição. Qual características comuns apresenta a 
distribuição de elétrons na eletrosfera destes elementos? 
São elementos que apresentam o subnível “d” parcialmente preenchido e 
tem como característica preencher as camadas mais externas da eletrosfera 
antes das anteriores. 
8) Escreva a configuração eletrônica (ex. 1s2, ...) para Be, F, Fe, Co e Ni. 
Quantos elétrons há no subnível 3d destes três últimos elementos? e como 
estão alinhados os spins dos seus elétrons nesse subnível? 
• Be: 1s2, 2s2. 
• F: 1s2, 2s2, 2p5 
• Fe: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 3d6, 4s2 
• Co: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 3d7, 4s2 
• Ni: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 3d8, 4s2 
Fe apresenta 6 elétrons no subnível “3d” e spin -1/2, Co apresenta 7 
elétrons e spin -1/2 e Ni apresenta 8 elétrons e spin -1/2. 
9) Caracterize: ligação iônica; ligação covalente e ligação metálica. 
• Ligação iônica: 
o É uma ligação forte; 
o Apresenta compostos com dureza de moderada a alta 
o É uma ligação não direcional, ou seja, a atração ocorre 
mutuamente de todas as direções; 
o Apresentam compostos com ponto de fusão moderados a 
altos; 
o Cristais iônicos não conduzem eletricidade em baixas 
temperaturas; 
o Compostos fundidos ou dissolvidos em água serão 
condutores de eletricidade devido aos elétrons livres. 
• Ligação covalente: 
o Ligação direcional; 
o Ligação muito forte; 
o Apresenta compostos com muita dureza e frágeis; 
o Forças intermoleculares baixas; 
o Forças intramoleculares altas; 
o Apresenta compostos com ponto de fusão baixo; 
o São isolantes em sólidos e líquidos (água) 
• Ligação metálica: 
o Não direcional; 
o Ligação moderada; 
o Apresenta compostos com dureza baixa a moderada, 
dúcteis e maleáveis; 
o São bons condutores de eletricidade; 
o Apresentam compostos com alto ponto de fusão; 
o Bons condutores de calor; 
o São opacos e de superfície “prateada”, sujeita à corrosão; 
 
10) Descreva as ligações conhecidas por forças de van der Waals e por 
pontes de hidrogênio. 
• Forças de Van der Waals: 
o São de natureza física; 
o São não direcionais; 
o São ligações fracas; 
o Geradas pela polarização 
• Pontes de Hidrogênio: 
o É a ligação mais forte entre as secundárias; 
o É um caso particular de ligação da molécula polar, na qual 
H está ligado a F, O e N. 
 
11) Compare os tipos de ligações em termos de energia de ligação 
envolvida. 
Se relacionam da seguinte forma: 
Iônica > covalente > metálica > pontes de H > dipolo induzido (molécula 
polar) > dipolo induzido (van der Waals) 
 
12) É possível a presença de mais de um tipo de ligação entre átomos? 
Explique e dê exemplos. 
Sim, é possível. Poucos materiais apresentam ligações iônicas ou 
covalentes puras, geralmente apresentam ligações iônicas-covalentes. Quanto 
maior for a diferença da eletronegatividade dos elementos, maior será seu 
caráter iônico, e quanto menor a diferença, maior o caráter covalente. 
Exemplos: Materiais cerâmicos e semicondutores. 
 
13) Explique as forças (e energias envolvidas) entre dois átomos em 
função da distância Inter atômica (faça gráficos das relações solicitadas). 
A distância entre dois átomos é determinada pelo balanço das forças 
atrativas e repulsivas. As forças atrativas variam com o quadrado da distância, 
já as repulsivas são inversamente proporcionais à distância. Quando a soma das 
forças resultar zero, significa que está em equilíbrio (ponto de equilíbrio). Quando 
os átomos se aproximas, tanto a força de atração quanto repulsão aumentam, 
mas as forças de repulsão aumentam muito mais. 
 
 
14) Dê e explique que propriedades intrínsecas podem ser definidas 
pelos gráficos da questão anterior. 
A energia de ligação está relacionada a propriedades como módulo de 
elasticidade, coeficiente de expansão térmica, ponto de fusão, calor latente e 
resistência mecânica. Quanto maior o “poço” maior será o ponto de fusão do 
material. Devido às forças de repulsão aumentarem com a aproximação dos 
átomos, a curva não é simétrica, por isso a maioria dos metais dilata com o 
aumento da temperatura. 
15) Por que materiais com elevado ponto de fusão tem elevado módulo 
de elasticidade e baixa dilatação térmica? 
Porque quanto maior o ponto de fusão, maior será a energia necessária 
para atingi-la, resultando em um módulo de elasticidade alto. Já o coeficiente de 
dilatação térmica será menor devido a estabilização da distância inter atômica. 
 
16) A presença de forças de van der Waals modificam o PE e o PF de 
substâncias que se ligam com o F, O, N. Justifique esta afirmativa. 
Os elementos F, O e N são elementos muito eletronegativos. Quanto 
maior a diferença de eletronegatividade, mais forte será a interação das forças 
de van der Waals.