P2 - Introdução a Engenharia de Materiais

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Universidade de Brasília
Instituto de Química 
Colegiado de Graduação e Extensão
Introdução à Engenharia de Materiais (IQD0044)
Turma T01 – Período 2023-2 
P2 
1ª Questão – Você é responsável pela inspeção e liberação para o consumidor de um determinado item metálico. Devido às propriedades mecânicas anômalas que um lote apresentou, coincidentemente quando houve a troca de fornecedor da matéria prima, as suspeitas recaíram sobre a possível alteração na sua composição química. Que técnica de caracterização você indicaria para verificar essas suspeitas? E se o artefato fosse cerâmico? Justifique a sua resposta.
Para o item metálico utilizaria espectrometria de fluorescência de raio X (FRX), a mesma funciona a partir da interação entre as ondas eletromagnéticas, geradas pelo equipamento, e os átomos do material. Desse modo, a análise é utilizada para identificação dos elementos químicos presentes na estrutura do material, bem como para quantificar a concentração desses elementos, como na aplicação do ensaio da caracterização de minérios. Na análise mineralógica feita por FRX, é possível detectar os elementos presentes na estrutura da amostra e suas concentrações. Para materiais cerâmicos poderia utilizar a técnica de Espectrometria de absorção atômica - AAS, pois atua através da absorção de radiação eletromagnética por átomos livres no estado gasoso.
2ª Questão – Na cromatografia gasosa, o método do padrão interno pode ser utilizado para determinar a composição de uma amostra constituída por uma mistura de ésteres do ácido butanóico. Os valores relativos dos coeficientes de resposta dos butanoatos de metila (ME), de etila (EE) e de propila (PE) em relação ao butilbutanoato (BE) são descritos são KME/BE= 0,919, KEE/BE= 0,913 e KPE/BE= 1,06.
 A partir do cromatograma apresentado abaixo e das informações descritas na tabela, calcule a composição da mistura, em valores percentuais.
	Pico
	tr
	Composto
	Área (mV.s)
	1
	0,68
	-
	8350
	2
	2,54
	metil éster (ME)
	343320
	3
	3,47
	etil éster (EE)
	224878
	4
	5,57
	propil éster (PE)
	373082
	5
	7,34
	butil éster (BE)
	384223
 mamostra= 186 mg ; mpadrão= 75 mg
33% de ME, 22% de EE e 77% de PE. 
3ª Questão – Considerando a importância do conhecimento sobre os processos de degradação de materiais poliméricos indique pelo menos 3 fatores que podem levar a cisão da cadeia principal de uma macromolécula. Discuta-os brevemente. 
A cisão aleatória de ligações na cadeia principal é do tipo homolítica (gera radicais livres) e heterolítica (gera íons), são causadas por hidrólise, fotólise, termólise, radiólise e rompimento mecânico. 
· Hidrólise: adição de H2O num determidado grupo (acelerado em meio ácido) 
· Fotólise: quebra de uma ligação por (a) absorção de energia gerando um estado excitado. (b) transferência de energia de um sensibilizador em seu estado excitado.
· Termólise: quebra de uma ligação química por concentração de energia térmica em uma ligação. Está relacionada com a presença de defeitos na cadeia polimérica. 
· Rompimento de ligação por cisalhamento mecânico: quebra de ligação química por ação do esforço mecânico combinado com calor. Ocorre durante o processamento, não sendo específica e ocorre de forma aleatória. Pode provocar reticulação. 
4ª Questão – Em relação a etapa de mineralização do processo de biodegradação de plásticos, explique qual a diferença que se espera na composição dos gases gerados se a mineralização for conduzida de forma aeróbica ou anaeróbica.
A mineralização ocorre dentro da célula, onde pequenos fragmentos oligoméricos são convertidos em biomassa, minerais, sais, água e gases (CO2, CH4). Oxidação do carbono do polímero em CO2 como consequência da respiração microbial. Diversos métodos respirométricos estão disponíveis.
Polímero 
Ação enzimática 
Oligômeros 
Dímeros 
Monômeros 
Aeróbico
Biomassa microbial
CO2
H2O
Anaeróbico 
Biomassa microbial 
CH4/H2S
CO2 
H2O
Mineralização
5ª Questão – De forma bem simplificada apresente as reações catódica e anódica envolvidas num processo de corrosão atmosférica para um material metálico hipotético. Explique como a presença do poluente “material particulado” pode influenciar neste processo. 
Anódica
2 M 2 M2+ + 4e-
Catódica 
O2 + 2H2O + 4e- 4OH-
A deterioração ocorre pela dissolução do material, com ou sem a formação de produtos sólidos (óxidos, sulfetos, hidróxidos) e também pode ocorrer pela reação em atmosferas a alta temperatura, formando camadas de óxidos. Ambos os processos são eletroquímicos. Ocorre sob um filme fino de eletrólito adsorvido à superfície do metal e é extremante dependente das condições no local de exposição. 
A presença de material particulado pode acelerar os processos corrosivos, pois aumentam a condutividade do eletrólito, formam produtos de corrosão menos protetores, impedem a passivação; podem diminuir a U.R crítica; podem promover a adsorção de gases; podem aumentar o período de molhamento; e promovem corrosão por frestas. 
6ª Questão – Considerando o processo de corrosão metálica, explique o comportamento observado nas figuras a seguir.
Figura 1 - Efeito da umidade relativa na taxa de corrosão do Fe, em três tipos de atmosfera.
	 
Figura 2 - Influência da temperatura do ar na taxa de corrosão do aço carbono (a) durante chuva; (b) umidade relativa de 75%.
Na figura 1 - Efeito da umidade relativa na taxa de corrosão do Fe, em três tipos de atmosfera (depende da UR e UR crítica - valor acima da qual a corrosão passa a ser significativa) formação de uma camada de água adsorvida na superfície do metal e vai variar de acordo com o metal e com o meio. 
Na figura 2 – influência da temperatura (efeitos antagônicos) (a) aumenta: favorece os processos de difusão e acelera a cinética das reações eletroquímicas. (b) Diminui: diminui a solubilidade do oxigênio e aumenta a evaporação - diminui o tempo de molhamento).
7ª Questão – Cite um exemplo de biomaterial metálico, um de biomaterial polimérico e um de biomaterial cerâmico, e indique pelo menos 3 propriedades de cada um que justificam a sua aplicação na área médica.
Biomaterial metálico - sistemas artificiais que auxiliam na retenção de tecidos biológicos em várias aplicações, como por exemplo fixações ortopédicas, pois podem ter alta resistência a tração, fadiga e resistência ao escoamento. 
Biomaterial polimérico - Exemplos de aplicação na medicina, como lentes de contato e prótese ocular. Suas principais propriedades: resistência a corrosão, baixa densidade e comportamento elastomérico. 
Biomaterial cerâmico - amplamente utilizados para substituir e reconstruir os tecidos do corpo, como por exemplo adesivos ósseos e preenchimento de lacunas. Principais propriedades são a intercomunicação, permeabilidade e alta porosidade. 
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