1a LISTA DE EXERCICIOS CM 2016 2

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ESTRUTURA ATÔMICA E LIGAÇÃO INTERATÔMICA 
1] Forneça as configurações eletrônicas para os seguintes íons: Fe2+, Fe3+, Cu+, Ba2+, Br- e S2-. 
2] Os números atômicos de três elementos A, B e C são 20,30 e 53, respectivamente. Indicar: 
 (a) Símbolo 
 (b) Configuração eletrônica 
 (c) Posição na tabela periódica 
 (d) Ordem por eletronegatividade 
 
3] Calcule a força de atração entre um íon K+ e um íon O2- cujos centros encontram-se separados 
por uma distância de 1,5nm. 
4] A energia potencial líquida entre dois íons adjacentes , EL, pode ser representada pela soma 
das Eqs. 2.8 e 2.9 (Callister, 5ª edição), isto é: 
 
 
 
 
 
 
 
Calcule a energia de ligação Eo em termos dos parâmetros A,B e n usando o seguinte 
procedimento: 
a) Obtenha a derivada de EL em relação a r, e então iguale a expressão resultante a zero, 
uma vez que a curva de EL em função de r apresenta um mínimo em Eo. 
b) Resolva esta equação para r em termos de A, B e n, o que fornece ro, o espaçamento 
interiônico em condições de equilíbrio. 
c) Determine a expressão para Eo pela substituição de ro na equação indicada no enunciado. 
5] Explique o motivo pelo qual os materiais ligados covalentemente são, em geral, menos densos 
do que aqueles ligados por meio de ligação iônica ou metálica. 
6] Calcule os porcentuais de caráter iônico das ligações interatômicas nos seguintes compostos: 
TiO2, ZnTe, CsCl, InSb, MgCl2. 
7] Descreva detalhadamente os possíveis tipos de ligações/interações químicas formadas entre 
átomos e moléculas. Relacione cada tipo com um material encontrado no cotidiano. 
8] Diferencie os diferentes tipos de materiais quanto às suas propriedades físicas, químicas e 
mecânicas, típicas. 
 
 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS 
Departamento de Engenharia - Engenharia de Materiais 
GNE 305 - Ciência dos Materiais 
1ª LISTA DE EXERCÍCIOS 
 
 
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ESTRUTURA DOS SÓLIDOS CRISTALINOS 
9] Se o raio atômico do alumínio é de 0,143nm, calcule o volume de sua célula unitária em metros 
cúbicos. 
10] Considere os sistemas cristalinos: Cúbico Simples (CS), Cúbico de Face Centrada (CFC) e 
Cúbico de Corpo Centrado (CCC). Para cada um dos sistemas relacionados determine: 
 a) número de coordenação 
 b) a relação entre raio atômico e o parâmetro de rede 
 c) fator de empacotamento atômico 
11] Calcule o raio de um átomo de irídio dado que o Ir possui uma estrutura cristalina CFC, uma 
densidade de 22,4g/cm3, e um peso atômico de 192,2g/mol. 
12] O ródio possui um raio atômico de 0,1345nm e uma densidade de 12,41g/cm3. Determine se 
ele possui uma estrutura cristalina CFC ou CCC. 
13] O titânio possui uma célula unitária HC para a qual a razão dos parâmetros de rede c/a é de 
1,58. Se o raio do átomo de Ti é de 0,1445nm, (a) determine o volume da célula unitária e (b) 
calcule a densidade do Ti e a compare com o valor encontrado na literatura. 
 
14] Calcule e compare as densidades lineares das direções [100] e [111] para a prata com 
estrutura cristalina CFC. 
 
IMPERFEIÇÕES EM SÓLIDOS 
15] O ouro forma uma solução sólida substitucional com a prata. Calcule o número de átomos de 
ouro por centímetro cúbico para a liga prata-ouro que contém 10%p Au e 90%p de Ag. As 
densidades do ouro puro e da prata pura são de 19,32 e 10,49g/cm3, respectivamente. 
 
16] O nióbio forma uma solução sólida substitucional com o vanádio. Calcule a porcentagem em 
peso do nióbio que deve ser adicionada ao vanádio para produzir uma liga que contenha 
1,55x1022 átomos de Nb por centímetro cúbico. As densidades do Nb puro e do V puro são de 
8,57 e 6,10g/cm3, respectivamente. 
 
17] Para um cristal CFC, como o alumínio, você esperaria que a energia de superfície para o 
plano (100) fosse maior ou menor do que aquela para o plano (111)? Por quê? 
 
 
18] Qual é a composição, em porcentagem em peso, de uma liga que consiste em 6%a Pb e 
94%a Sn? 
 
19] Qual é a composição, em porcentagem atômica, de uma liga que consiste em 97%p Fe e 3%p 
Si? 
 
20] O molibdênio forma uma solução sólida substitucional com o tungstênio. Calcule a 
porcentagem em peso do molibdênio que deve ser adicionada ao tungstênio para produzir uma 
 
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liga que contenha 1,0 x 1022 átomos de Mo por centímetro cúbico. As densidades do Mo puro e do 
W puro são de 10,22 e 19,30 g/cm3, respectivamente. 
 
21] Calcule o número de vacâncias por cm3 e o número de vacâncias por átomo de cobre 
(a) a temperatura ambiente e (b) a 1084oC (justo acima do ponto de fusão. 83,6 kJ são 
necessários para produzir uma vacância no cobre). 
 
22] Quais as conseqüências de um defeito tipo Frenkel na rede, por exemplo, do MgO? 
 
23] Cite algumas propriedades influenciadas diretamente pela presença de defeitos. 
 
DIFUSÃO 
24] Calcule o número de quilogramas de hidrogênio que passa a cada hora através de uma chapa 
de paládio com 5mm de espessura e que possui uma área de 0,20m2, estando o sistema a 500oC. 
Considere um coeficiente de difusão de 1,0 x 10-8 m2/s, que as concentrações de hidrogênio nos 
lados com alta e baixa pressão sejam de 2,4 e 0,6kg de hidrogênio por m3 de paládio, 
respectivamente, e que condições de estado estacionário tenham sido atingidas. 
25] Determine o tempo de carbonetação necessário para atingir uma concentração de carbono de 
0,45%p em uma posição 2mm em direção ao interior de uma liga ferro-carbono contendo 
inicialmente 0,20%pC. A concentração na superfície deve ser mantida em 1,30%pC, e o 
tratamento deve ser conduzido a uma temperatura de 1000oC. Utilize os dados de difusão para o 
Fe γ apresentados na tabela 4.2 do Callister. 
26] Explique sucintamente o conceito de estado estacionário e sua aplicação à difusão. 
27] O nitrogênio de uma fase gasosa deve ser difundido para o interior do ferro puro a 700oC. Se a 
concentração na superfície for mantida em 0,1%pN, qual será a concentração a 1mm da 
superfície após 10h? O coeficiente de difusão para o nitrogênio no ferro a 700oC é de 2,5 x 10-11 
m2/s. 
28] Cite os valores dos coeficientes de difusão para a interdifusão do carbono no ferro α (CCC) e 
no ferro γ (CFC) a 900oC. Qual coeficiente de difusão é maior? Explique por que isso acontece. 
29] Os coeficientes de difusão para o ferro e o níquel são dados a duas temperaturas diferentes: 
T(K) D(m2/s) 
1273 9,4 x 10-16 
1473 2,4 x 10-14 
 
a) Determine os valores de Do e a energia de ativação Qd. 
b) Qual é a magnitude de D a 1100oC (1373K)?