RESOLUÇÃO DA LISTA DE EXERCICIOS - CLASSIFIFCAÇÃO DE MATERIAIS

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1. Descreva sucintamente as classificações dos materiais identificando as principais diferenças entre elas. Como se definem tais classificações?
R. Os materiais são classificados com base na química e na estrutura atômica em metais, cerâmicas e polímeros. Os metais apresentam como características a ductilidade, resistência mecânica elevada, condutor elétrico e térmico, dureza elevada e são opacos. Os materias cerâmicos (cerâmicas) são frágeis, isolante térmico e elétrico, alta estabilidade térmica, dureza elevada e em alguns casos são transparentes. Os polímeros são dúcteis, baixa resistência mecânica, baixa dureza, são flexíveis, baixa estabilidade térmica, em alguns casos são transparentes. 
Também, os materiais podem ser classificados quanto à aplicação em compósitos, semicondutores e biomateriais. Os compósitos são elaborados para apresentarem a combinação das melhores características de cada material presente. Os semicondutores apresentam propriedades elétricas intermediarias entre metais e isolantes, sendo extremamente sensíveis à presença de pequenas quantidades de impurezas. Os biomateriais, não devem produzir substancias toxicas e devem ser compatíveis com o tecido humano pois, os mesmos são empregados em componentes para implantes de partes em seres humanos.
2. Descreva a importância de novos materiais para a Engenharia.
R. Materiais avançados implicam a capacidade de se construir novos materiais ou substituir outros, ou seja, melhorar ou criar materiais. Dessa forma, surgem novas tecnologias com menor custo e com materiais aprimorados. Além disso, novos materiais implicam em novos produtos e processos e, a partir desse avanço, podem surgir tecnologias que ainda não estão disponíveis.
3. Quais os tipos de ligações atômicas que podemos encontrar nos materiais? Descreva sucintamente as divisões e subdivisões com exemplos.
R. Nos materiais são encontrados 3 tipos de ligações primárias – ionica, covalente e metalica. 
Ligação Iônica - há atração eletrostática entre íons de cargas opostas, exemplo, material ionico cloreto de sódio (NaCl). 
Ligação Covalente - há compartilhamento de elétrons entre dois átomos adjacentes, de modo que cada átomo assume uma configuração eletrônica estável, moléculade metano (CH4). 
Ligação covalente polar, por exemplo, na ligação da água (H2O) ocorre o compartilhamento desigual fazendo com que o H fique levemente positivo e o O levemente negativo. 
Ligação covalente apolar, por exemplo, gás hidrogênio (H2) os dois lados da molécula são identicos. Ligação Metálica - os núcleos de íons carregados positivamente são protegidos um do outro e também "colados" juntos pelo mar de elétrons de valência.
4. O que é a atração coulombiana? Em qual tipo de ligação atômica é encontrada? Por que são pertencentes somente a esta classe de ligações?
R. São forças de atração entre as diferentes espécies de íons de cargas opostas, criadas nas ligações químicas. A atração coulombiana é encontrada em ligações metálicas.
5. Usando os dados de raio iônico do Apêndice 1: a) Calcule a força de atração coulombiana entre os íons presentes nos compostos: NaCl; Na2O; MgO; Al2O3. b) Quais as forças repulsivas nos casos?
Dados:
Fc: Força coulombiana entre dois íons de sinais contrários;
K: Constante de proporcionalidade (9x109 Vm/C);
Z1 e Z2: Valência dos íons 1 e 2 (Apêndice 1)
q: Carga de um elétron (1,6x10-19 C)
r: Distância entre as cargas
a) p/ NaCl (RNa+ = 0,97 Å e RCl- = 1,81 Å)
FA = (9x109) . (1) . (1,6x10-19) . (1) . (1,6x10-19)	 → FA = 2,98x10-9N
 		[(0,97+1,81) x10-10]2
p/ Na2O (RNa+ = 0,97 Å) e RO2- = 1,40 Å)
FA = (9x109) . (1) . (1,6x10-19) . (2) . (1,6x10-19)	 → FA = 8,19x10-9N
 		[(0,97+1,40) x10-10]2
p/MgO (RMg2+ = 0,66 Å e RO2- = 1,40 Å)
FA = (9x109) . (2) . (1,6x10-19) . (2) . (1,6x10-19)	 → FA = 2,17x10-8N
 		[(0,66+1,40) x10-10]2
p/Al2O3 (RAl3+ = 0,51 Å e RO2- = 1,40 Å)
FA = (9x109) . (3) . (1,6x10-19) . (2) . (1,6x10-19)	 → FA = 3,78x10-8N
 		[(0,51+1,40) x10-10]2
b) FA + FR = 0 → FR = -FA
NaCl: FR = - 2,98x10-9N 			MgO: FR = - 2,17x10-8N
Na2O: FR = - 8,19x10-9N			Al2O3: FR = - 3,78x10-8N
6. Defina número de coordenação. Desenhe geometricamente 3 exemplos das disposições espaciais de átomos de acordo com o seu número de coordenação.
R. O número de coordenação consiste no número de grupos, moléculas, átomos ou íons que rodeiam um dado átomo ou íon num complexo ou cristal.
· Número de coordenação igual a 2: HgCl2
São geralmente complexos lineares (θ = 180°) contendo íons dos grupos 11 e 12 da tabela periódica
· Número de coordenação igual a 3: íon [HgCl3]-
A geometria frequentemente adotada é a pirâmide trigonal (θ < 109,5°) ou trigonal plana (θ = 120°)-
· Número de coordenação igual a 4: íon [ZnCl4]2-
Existem duas geometrias comuns associadas com um número de coordenação igual a quatro: tetraédrica (θ = 109,5°) ou quadrado planar (θ = 90°).
7. Baseado na Tabela 1 prove a razão dos raios mínimos para o número de coordenação (NC) = a) 3 				b) 4 				c) 6.
Dica: Utilize como base o exercício resolvido em sala
8. O que é hibridização? Partindo desse conceito, explique porque a ligação tipo diamante é mais forte do que a do grafite.
R. É o nome dado ao que ocorre com o átomo de um determinado elemento químico, permitindo que ele realize um número maior de ligações covalentes ou que seja capaz de realizar essas ligações. A diferença entre a ligação tipo diamante e grafite está na estrutura atômica, no diamante os átomos estão muito embalados e cada átomo está conectado a outros quatro átomos de carbono, criando assim uma estrutura forte, já na grafita, empilham – se uns sobre os outros fazendo com que as ligações entre as camadas sejam fracas.
9. Quais as diferenças de ligações primárias e secundárias?
R. As ligações primarias são em sua maioria do tipo covalente, mas também, podem ser do tipo iônico, representam interações átomo a átomo, que podem ocorrer por doação de elétrons, compartilhamento ou deslocalização. Já as ligações secundárias fracas estão relacionadas com a atração entre uma molécula qualquer e suas vizinhas. 
10. Numa análise química é tomado como amostra um cilindro com 1 μm de diâmetro por 1 μm de profundidade (altura) na superfície do cobre sólido. Calcule o número de átomos de cobre amostrado.
Densidade do cobre = 8,93 g/cm3
Massa atômica do cobre = 63,55 uma
Número de Avogadro: 6,02.1023 átomos
Dica: Calcule o volume do cilindro (V = .r.2h)
· Calculo do volume do cilindro: 
V=π.r².h → V = π. (0,5 x 10-4)2. 1 x 10-4 → V = 7,85 x 10-13cm³
· Calculo da massa de cobre: 
d = m/V → m = d . V → m = 8,93 g/cm3 . 7,85x10-13 cm3 → m = 7,01x10-12g
· Calculo do número de átomos de cobre:
1 mol de Cu ---------------- 63,55 g de Cu ------------- 6,022x1023 átomos de cobre
7,01x10-12 g de Cu ---------------- X
X = 6,64x1010 átomos de Cu
11. Qual a massa, em gramas, de um átomo de Cu? Quantos átomos de Cu há em 1 g de Cu?
Dados: massa atômica Cu = 63,54 g/mol
1 mol de Cu ---------------- 63,54 g de Cu ------------- 6,022x1023 átomos de cobre
			X ---------------- 1 átomo de Cu
X = 1,05x1024 g de Cu
1 mol de Cu ---------------- 63,54 g de Cu ------------- 6,022x1023 átomos de cobre
	1 g de Cu ---------------- Y
Y = 9,47x1021 átomos de Cu
12. Um mol de MgO sólido ocupa um cubo de 22,37 mm de lado. Calcule a densidade do MgO (em g/cm3). Dados: massa atômica Mg = 24,31 g/mol; massa atômica do O = 16,00 g/mol
Dica: Calcule o volume do cubo.
· Calculo do volume do cubo:
Lado do cubo = 22,37 mm = 2,237 cm
VCubo = a3 → VCubo = (2,237cm)3 → VCubo = 11,19 cm3
· Calculo da densidade:
d = m/V → d = 40,31g/11,19cm3 → d = 3,60g/cm3
13. Em uma liga 75% em peso de Cu e 25% em peso de Ni, qual é a proporção atômica de Cu e Ni?
Dados: massa atômica Cu = 63,54 g/mol; massa atômica Ni = 58,69 g/mol
· Calculo do número de mols do cobre:
NCu = mCu/MACu → NCu = 75g/64,54g/mol → NCu = 1,16 mols de Cu
· Calculo do número de mols do níquel:
NNi = mNi/MANi → NNi = 25g/58,69g/mol → NNi = 0,42 mols de Ni
· Número demols total = 1,16 + 0,42 = 1,58 mols
· Cálculo das porcentagens atômicas do Cu e do Ni:
%Atômica do Cu = (1,16/1,58) x 100 → %Atômica do Cu = 73,4%
%Atômica do Ni = (0,42/1,58) x 100 → %Atômica do Ni = 26,6%
14. Complete a tabela abaixo com os tipos de ligações químicas que apresentam os compostos e as classes de materiais para engenharia:
Tabela 2. Comparação dos pontos de fusão de alguns materiais representativos.
Iônica
Covalente
Covalente
Metálica
Covalente
Tabela 3. Características das ligações dos quatro tipos de materiais em engenharia.
Metálica
Iônica/Covalente
Covalente
Covalente
15. Qual o tipo de ligação você esperaria que se formasse para os seguintes compostos: Bronze (liga de Cu e Sn), GaSb, Al2O3 e nylon?
R. Bronze → Ligação metálica, GaSb → Ligação metálica, Al2O3 → Ligação iônica, nylon → ligação covalente
16. A massa de um diamante pequeno é de 3,1 mg. a) Quantos átomos de C13 estão presentes se o conteúdo de carbono é de 1,1% atômicos desse isótopo? Qual a porcentagem em peso desse isótopo?
a) Massa do diamante = 3,1 mg, MA do C13 = 156,139g/mol.
· Calculo da massa do C13 presente no diamante:
3,1 mg ---------------------------- 100%
x ----------------------------- 1,1%
x = 0,0341 mg = 3,41x10-5g de C13
· Calculo da quantidade de átomos de C13:
1 mol de C13 ----------------- 156,139 g de C13 ------------------- 6,022x1023 átomos de C13
	3,41x10-5 g de C13 -------------------- y
Y = 1,31x1017 átomos de C13
b) % em peso C13 = (0,0341/3,1) x100 → % em peso C13 = 0,0000217%