LISTA DE EXCERCÍCIOS DE INTRODUÇÃO À CIÊNCIA E ENGENHARIA DOS MATEIRAS

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LISTA DE EXERCÍCIOS
Introdução à Ciência e Engenharia dos materiais
Prof.ª Dra. Joyce Lima
1. Defina o que são materiais cerâmicos, metálicos, poliméricos e compósitos. 
Cerâmicos: Material cerâmico é um tipo de material não polimérico, não metálico e composto normalmente de elementos químicos metálicos e não metálicos unidos por ligação iônica, ligação covalente ou ambos. Os materiais cerâmicos podem ser cristalinos, parcialmente cristalinos ou amorfos.
Metálicos: Os materiais metálicos são constituídos por pelo menos um tipo de elemento químico metálico e os átomos se ligam através de ligações químicas denominadas ligações metálicas
Poliméricos: Os polímeros são macromoléculas compostas por muitas unidades de repetição denominadas meros, ligadas por ligações covalentes.
 Compósitos: Qualquer material multifásico que exiba uma proporção significativa das propriedades de ambas as fases que o constituem, de tal modo que é obtida uma melhor combinação de propriedades. 
2. Cite exemplos de são materiais cerâmicos, metálicos, poliméricos e compósitos.
Cerâmicos: Esses materiais estão por toda parte, a indústria cerâmica é responsável pela fabricação de pisos, azulejos, tijolos, lajes, telhas e vidro, que são muito utilizados na construção civil. Devido ao seu elevado ponto de fusão, as cerâmicas são resistentes a altas temperaturas e por isso são utilizadas na construção de fornos siderúrgicos e blindagem ao aquecimento nos ônibus espaciais,
Metálicos: Alumínio, Laminados, Extrudados; Cobre; Chumbo; Estanho, Solda de Encanado. Zinco, Zincagem, Latão, Ferro, Encruamento Folhas de Flandres Prego, aços para concreto armado e protendido, encruados por Tração, Aços Encruados por Torção
Poliméricos: Polipropileno, PVC, Isopor Orlon Acrílico, Teflon, Borracha Fria, Amido, Celulose, Náilon, Terilene ou dracon (etilenoglicol /ácido tereftálico), Baquelite (aldeído fórmico /fenol), Poliuretano (poliéster ou poliéter isocianato de p.fenileno).
Compósitos: Como principais exemplos de materiais de matriz para compósitos, pode-se citar os metais, os polímeros e as cerâmicas. Como alguns exemplos de materiais de reforço para compósitos estão as fibras (de vidro, carbono, orgânicas, de carbeto ou silício, entre outras), assim como a madeira, o grafite e alguns minerais. Alguns exemplos da aplicação dos compósitos estão no colete a prova de balas, na vara utilizada no salto com varas, em alguns tipos de barcos de lazer, nas pranchas de surf, nas pás de um helicóptero, nas raquetes de tênis, entre outros. Assim, cada um dos materiais citados apresenta uma estrutura (matriz), composta por um metal, um polímero ou cerâmica, e um material de reforço, composto por uma ou mais das fibras já citadas.
3. Quais as classificações para materiais cerâmicos, metálicos, poliméricos e compósitos.
Cerâmicos: Materiais cerâmicos tradicionais, vidros e vitro-cerâmicas, abrasivos, cimento, cerâmicas avançadas, óxidos, carbetos e nitretos.
Metálicos: Ligas ferrosas: Aço com baixo, médio e alto teor de carbono; Aços inoxidáveis (liga de cromo); Aço liga; Ferros Fundidos: Ferro cinzento, nodular e branco; Ligas não ferrosas: Cobre e suas ligas; Alumínio e suas liga;
Quanto a Composição: Aço-Carbono; Aço-Liga; 
Poliméricos: Natural ou biopolímero, Sintético;
Compósito: Reforçados por fibras, reforçados por Partículas e Estrutural.
4. Cite as propriedades dos materiais cerâmicos.
São geralmente duros e frágeis, com pouca tenacidade e pouca ductilidade. São geralmente isolantes térmicos e elétricos. Apresentam alto ponto de fusão. São quimicamente estáveis sob condições ambientais severas
5. Cite as propriedades dos materiais poliméricos.
Elástico: Consegue voltar ao seu estado inicial após sofrer uma aplicação de deformação. Plástico: Não consegue voltar ao seu estado inicial após sofrer uma aplicação de deformação. Termofixos São rígidos e frágeis, sendo muito estáveis a variações de temperatura uma vez prontos, não se fundem mais, e o aquecimento do polímero acabado promove decomposição do material antes de sua fusão, tornando sua reciclagem complicada Exemplos Poliéster Insaturado, Epóxi entre outros. Termoplásticos é um dos tipos de plásticos mais encontrados no mercado pode ser fundido diversas vezes, sendo que alguns podem até dissolver se em vários solventes logo, sua reciclagem é possível, característica bastante desejável atualmente Exemplos PET, PVC entre outros. Dureza: medida da resistência de um material à deformação sob carga compressiva concentrada. Tenacidade: medida da capacidade de absorção de energia de um material durante os impactos.
6. Cite as propriedades dos materiais metálicos.
Dureza: capacidade de resistir ao ser riscado ou penetrado por outro material. Maleabilidade: capacidade de ser moldado ou sofrer deformação sem quebrar. Ductilidade: capacidade de ser moldado em fios sem que haja rompimento. Condutividade: capacidade de conduzir eletricidade e calor. Fusibilidade: capacidade de derreter ou fundir mediante a aplicação de calor. Resistência ao estresse: capacidade de suportar a aplicação de forças abrasivas sem perda de material. Pela capacidade de resistirem ao fogo, os metais são moldados para produção de instrumentos e materiais em diferentes áreas. A reatividade é uma propriedade química variável entre os metais. Metais pouco reativos, como prata e ouro, são utilizados na confecção de joias. Entretanto, existem metais muito reativos, como o sódio e o potássio, que no estado puro e em contato com a água formam uma reação explosiva.
7. Cite as propriedades dos materiais compósitos. 
Particulado: Reforço por dispersão: Efeito fortalecedor, Efeito da temperatura, Regra das misturas. Polímeros: Negro de fumo em borracha vulcanizada. Resistência, rigidez, dureza, resistência ao desgaste, resistência à degradação. Extensores adicionados. Compósitos reforçados com fibra: Fibras contínuas e unidirecionais Densidade, Constante térmica, constante elétrica. Fatores a serem considerados: comprimento, diâmetro, orientação, quantidade e propriedades das fibras; as propriedades de Matrix; e a ligação entre as fibras e a matriz. Resistencia a tração da fibra. Comprimento crítico. Resistencia do compósito 
8. Explique a diferença entre célula unitária e sistemas cristalinos.
A célula unitária consiste em um pequeno grupo de átomos que formam um padrão repetitivo ao longo da estrutura tridimensional. As células unitárias para a maioria das estruturas cristalinas são paralelepípedos ou prismas que possuem três conjuntos de faces paralelas. A célula unitária é escolhida para representar a simetria de cada estrutura cristalina. Um sistema cristalino é um conjunto de eixos de referência usados para definir a geometria de cristais e estruturas cristalinas
9. Explique a diferença entre alotropia e polimorfismo.
Polimorfismo, em química, é a propriedade de materiais sólidos poderem existir sob mais de uma forma cristalina. Pode ser encontrado em qualquer material cristalino incluindo polímeros e metais. O polimorfismo de substâncias químicas elementares é apelidado de alotropia.
O polimorfismo é o fenômeno pelo qual substâncias compostas diferentes apresentam a mesma composição química, ou seja, a mesma fórmula química, porém com propriedades físicas diferentes. A alotropia é utilizada para diferenciar um elemento químico de uma substância simples. Exemplo: ozônio (O3) e oxigênio (O2).
10. Quantos e quais são os sistemas cristalinos? Como diferem entre si? Quais são suas características?
Os sistemas cristalinos são sete: cúbico, tetragonal, ortorrômbico, monoclínico, triclínico, hexagonal e trigonal e se diferem entre si por seus lados iguais ou diferente e seus ângulos também iguais ou diferentes. 
	Sistemas
	Eixos
	Ângulos axiais
	Cúbico
	a = b = c
	Todos os ângulos iguais a 90o
	Tetragonal
	a = b c
	Todos os ângulos iguais a 90o
	Ortorrômbico
	a b c
	Todos os ângulos iguais a 90o
	Hexagonal
	a = b c
	Dois ângulos de 90o e um de 120o.
	Romboédrico
	a1 = a2 = a3
	Todos os ângulos iguais e diferentes de 90o.
	Monoclínicoa b c
	Dois ângulos de 90o e um diferente de 90o.
	Triclínico
	a b c
	Todos os angulos diferentes entre si e de 90º
11. Os metais possuem três estruturas cristalinas possíveis, duas cúbicas e uma hexagonal. Qual o número de átomos (ou número de pontos de rede) das células unitárias do sistema cúbico para metais?
CFC Igual a 4 átomos. CCC igual 2 átomos 
12. Cite metais com estrutura cristalina hexagonal, CFC e CCC.
CCC: Ferro, Titânio, Bário, Cromo e Tungstênio.
CFC: Ferro, Prata, Ouro, Níquel, Chumbo, Alumínio e Cobre.
13. Descreva a classificação dos polímeros quanto á natureza, estrutura e rigidez.
Natureza: Natural ou biopolímero, Sintético;
Estrutura: Polímeros lineares: as unidades são unidas em cadeias únicas. Ex. PVC, náilon. Polímeros ramificados: contêm cadeias laterais conectadas às principais. Polímeros com ligações cruzadas; São polímeros onde as cadeias adjacentes estão unidas umas às outras através de ligações covalentes. Polímeros em rede: São polímeros que possuem muitas ligações cruzadas formando redes tridimensionais. Ex. epóxi. 
Rigidez: Termoplásticos: são polímeros que podem ser repetidamente processados sob aquecimento. Possuem cadeias lineares e ramificadas, com forças de interação relativamente fracas. Ex: polietileno, PVC, poli(metacrilato de metila) Termofixos: não podem ser amolecidos com o aquecimento, mantendo-se permanentemente rígidos com o aumento da temperatura. Cadeias com alta densidade de ligações cruzadas. Ex: Resinas epóxi, resinas de poliésteres. Elastômeros: São conhecidos como borrachas, apresentam grande elasticidade, voltando a forma anterior após estiramento. São elásticos porque possuem pequena quantidade de ligações cruzadas. Ex: borracha natural, polibutadieno, silicone.
14. Silicatos são materiais do tipo cerâmicos e são compostos essencialmente por silício e oxigênio. Na construção civil temos alguns exemplos de matérias que possuem silicatos na sua constituição: Cimento Portland; Agregados (basalto, gnaisse, quartzito); Tijolos; Telhas; Vidros. Neste contexto, outros materiais, além dos silicatos são classificados como cerâmicos, cite exemplos.
15. Explique os processos de degradação de materiais cerâmicos, metálicos e poliméricos. 
• Metais: a deterioração ocorre pela dissolução do material, com ou sem a formação de produtos sólidos (óxidos, sulfetos, hidróxidos). Esse fenômeno é denominado corrosão. A deterioração também pode ocorrer pela reação em atmosferas a alta temperatura, formando camadas de óxidos. Esse fenômeno se chama oxidação. Ambos são processos eletroquímicos. 
•Cerâmicas: a deterioração (que também pode ser chamada corrosão) ocorre somente em temperaturas elevadas ou em ambientes muito agressivos. Estes materiais são muito resistentes à deterioração. 
• Polímeros: os mecanismos de deterioração são diferentes daqueles dos metais e cerâmicas, mencionados acima. A deterioração deste tipo de material é denominada degradação. Alguns tipos de solventes líquidos podem provocar dissolução ou expansão (quando o solvente é absorvido pelo polímero) nos polímeros. Podem também ocorrer alterações na estrutura molecular dos polímeros pela exposição a radiações eletromagnéticas (luz, raios-X) ou calor.
16. Quais as características dos processos de degradação de materiais poliméricos por Inchamento e dissolução.
Inchamento ocorre porque as pequenas moléculas de soluto ocupam posições entre as moléculas do polímero: Redução das forças secundárias de ligação intermoleculares; Material mais mole e dúctil; Ruptura de ligações covalentes; Ação da energia térmica, de reações químicas e da radiação com redução na integridade mecânica; Devido à complexidade química dos polímeros, os seus mecanismos de degradação não são bem compreendidos 
17. De acordo com o gráfico explique as transformações ocorridas no processo de alotropia do ferro em função do aumento da temperatura.