Questionários de Ciência dos Materiais

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Ciência dos materiais
Questionário 01 
1) Defina número de Avogardo e dê seu valor.
	Em química e física, a constante de Avogado é definida como sendo o número de partículas constituintes (normalmente átomos ou moléculas) por mol de uma determinada substância, em que o mol é uma das sete unidades básicas do Sistema Internacional de Unidades (SI). Seu valor é igual a 6,02214129 x 1023. 
2) Qual a massa em repouso e a carga de um elétron, próton e nêutron? Qual a relação destes valores entre estas partículas.
	As massas destas partículas subatômicas são infinitesimamente pequenas, os prótons e neutros possuem aproximadamente a mesma massa; 1,67 x 10 -27 Kg. Que é significativamente maior do que a massa de um elétron, 9,11 X 10 -31Kg.
	Tanto os elétrons como os prótons são eletricamente carregados, com carga negativa de 1,60 X 10 -19 nos elétrons. E a mesma, só que positiva para os prótons.
3) O que é isótopo e isóbaro?
	Isótopo é quando os átomos de alguns elementos possuem duas ou mais massas atômicas diferentes.
Número atômico igual e massas diferentes.
	Isóbaro são átomos de número atômico diferente e mesmo número de massa.
4) Compare o raio iônico de um mesmo elemento com o raio iônico de seu átomo neutro (faça para cátion e um ânion). Porque isso acorre?
	Ocorre devido às forças atrativas eletrostáticas entre os átomos.
 MgCl2 - Cloreto de Magnésio
5) Oque são os úmeros quânticos de um átomo?
É a representação da energia relativa dos elétrons de cada camada e subcamada. Os níveis energéticos são separados em subcamadas eletrônicas, e os números quânticos definem o número de estados ( ou orbitais) em cada subcamada.
6) Qual é princípio de exclusão de Linus Pauling?
	Apenas dois elétrons podem ter os mesmos números quânticos orbitais e estes não são idênticos, pois tem spins contrários.
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? 
	Possuem orbitais eletrônicos “d” parcialmente preenchidos e, em alguns casos u ou dois elétrons na camada energética imediatamente mais alta.
8) Esceva 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 - Berílio
 	1s22s2
	F - Fluor
	1s22s22p5
	Fe - Ferro
	1s22s22p63s23p63d64s2
	Co - Cobalto
	1s22s22p63s23p63d74s2
	Ni Níquel
	1s22s22p63s23p63d84s2
O Cobalto possui 7 elétrons na subcamada d, 2 pares alinhados (spins opostos) e 3 desparelhados (spin varia entre -1/2 e 1/2 dependendo do campo aplicado), e o níquel possui 8 elétrons na subcamada d, 3 pares alinhados e 2 desparelhados.
9) Caracterize: Ligações iônicas, ligações covalentes e ligações metálicas.
	Ligações iônicas: é a atração eletrostática entre iôns de cargas opostas (cátions e ânions).
	Ligações Covalentes: a ligação covalente decorre do compartilhamento de pares de elétrons com spins opostos ou anti-paralelos, formando moléculas.
	Ligações metálicas: é encontrada em metais e suas ligas. Os materiais metálicos possuem um, dois ou no máximo tr6es elétrons de valência, não se encontram ligados a qualquer átomo, em particular nos sólido, e estão mais ou menos livres para se movimentarem ao longo de todo o metal. Eles podem ser considerados como pertencendo ao metal como um todo, ou como se estivessem formando um “mar de elétrons” ou uma “núvem de elétrons”. Os elétrons restantes, aqqueles que não são elétrons de valéncia, juntamente com os núcleos atômicos, formam oque são chamados núcleos iônicos.
10) Descreva as ligações cnhecidas por Van Der Waals e por Pontes de Hidrogênio.
	Forças de Van Der Waals: São forças de atração que atuam entre moléculas, átomos ou ions. Podem ser entendidas como atração de natureza elétrica. São ligações fracas quando comparadas com as ligações primárias ou químicas. São ligações secundárias e existem entre virtualmente todos os átomos ou moléculas, mas a sua presença pode ficar obscurecida se qualquer um dos três tipos de ligações primárias estiver presente. As forças de ligações secundárias (Van der Waals) surgem de dipolos atômicos ou moleculares. A ligação resulta da atração coulombiana entre extremidades positivas de um dipolo e a região negativa de um dipolo aadjacente.
	Pontes de Hidrogênio: É uma das mais fortes ligações secundárias, e um caso especial de molécula polar. Ela ocorre entre moléculas nas quais o hidrogênio está ligado covalentemente ao flúor, ao oxigênio e ao nitrogênio. Para cada ligação H-F, H-O ou H-N, o único elétron de hidrogênio é compartilhado com o outro átomo. Assim, a extremidade da ligação contendo o hidrogênio consiste essencialmente em um proton isolado, carregado positivamente, e que não está neutralizado por qualquer elétron. Essa extremidade carregada da molécula altamente positiva, é capaz de exercer uma grande força de atração sobre a extremidade negativa de uma molécula adjacente. Essencialmente este próton isolado forma uma ponte entre os dois átomos carregados negativamente. Na pnte de hidrogênio, as temperaturas de fusão e ebulição, são enormemente elevadas para os baixos pesos moleculares, isto é uma consequência da ligação de hidrogênio.
11) Compare os tipos de ligações em termos de energia de ligação envolvida.
Ligações iônicas e covalentes: cerâmicos
	- grande energia de ligação,
	-elevado ponto de fusão e ebulição 
Ligações metálicas: metais e ligas
	- energia de ligação variável,
	- moderado ponto de fusão e ebulição
12) É possivel a presença de mais de um tipo de ligação entre átomos? Explique e dê exemplos.
As ligações não são necessariamente só iônicas ou só covalentes, elas podem apresentar caráter iônico e covalente, porém um deles prevalece de acordo com os átomos envolvidos. Quanto maior for a diferença de eletronegatividade entre os átomos, maior é o caráter iônico da reação. Por exemplo, o iodeto de lítio (LiI) possui cerca de 50% de caráter iônico e 50% covalente.
13)Explique as forças (e energia envolvidas) entre dois átomos em função da distância interatômica (faça gráficos das relações solicitadas).
A distância entre os átomos é onde tem menos forças, que consiste no mínimo de energia possível, e no máximo das forças de atração. Mais longe que isso, as forças de atração diminuiriam e a ligação se romperia; mais perto que isso, as forças de repulsão começariam a agir e as de atração iriam diminuindo, até que a repulsão seria muito grande.
14) Dê e explique que propriedades intrínsecas podem ser definidas pelo gráfico da questão anterior.
 •Módulo de elasticidade: é a inclinação da curva no ponto de equilíbrio no gráfico força versus distância interatômica.
•Ponto de fusão e coeficiente de expansão térmica: quanto mais profundo o poço de energia no gráfico energia versus distância interatômica, maior o ponto de fusão. Devido às forças de repulsão aumentarem muito com a proximidade dos átomos, a curva não é simétrica e a maioria dos materiais tendem a se expandir quando aquecidos, quanto mais estreito é o mínimo de potencial, menor o coeficiente expansão térmica.
•Calor latente.
•Resistência mecânica: quanto maior a inclinação da curva no ponto de equilíbrio, maior o módulo de elasticidade e maior a resistência mecânica.
 
15)Porque materiais com elevado ponto de fusão tem elevado módulo de eslaticidade e baixa dilatação térmica?
	Materiais com elevado ponto de fusão possuem um poço de energia grande, o que o torna mais simétrico, e diminui sua expansão térmica. Quanto maior o ponto de fusão, maior o poço de energia, ou seja, a inclinação da curva no ponto de equilíbrio, que é representada pelo módulo de elasticidade, aumenta.
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. 
Forças de Van der Waalssão interações causadas devido aos dipolos das ligações. Apesar de ser uma ligação secundária e fraca, afeta o ponto de ebulição das moléculas, especialmente em moléculas mais eletronegativas, como as citadas no enunciado. Quanto maior a diferença de eletronegatividade, mais fortes serão as interações de Van der Waals, e por isso ligações de hidrogênio (H com F,O,N) fazem tanta diferença.