1ª Prova Ciências Materiais

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1ª Prova Ciências Materiais – 2º semestre 2013
1-) Niels Bohr em 1913 propôs um modelo atômico que levava em conta os resultados obtidos por Planck, Einstein e Rutherford. 
a) Discorra sobre dois importantes conceitos da mecânica quântica, associados com o modelo de Bohr do átomo e que rompiam com os paradigmas da mecânica e eletromagnetismo clássicos. 
b) Discorra sobre duas importantes melhoras no entendimento de fenômenos físicos (propriedades físicas observados experimentalmente com o advento da mecânica ondulatória.
2-) Quais as características da força de ligação química em um composto iônico e qual a relação entre este tipo de ligação e as seguintes propriedades do material: ponto de fusão, dureza e a ductibilidade. 
Ligação iônica resulta da atração eletrostática entre íons positivos e negativos, os quais se originaram de átomos livres pela perda ou ganho de elétrons. Átomos eletronegativos (átomos não-metálicos que tendem a adquirir elétrons e se tornam íons negativos) são aqueles que têm somente alguns poucos orbitais p semivazios; eles podem atrair um elétron externo para um dos orbitais semivazios, possibilitando ao elétron reduzir sua energia com relação àquele núcleo. Átomos eletropositivos (átomos metálicos que tendem a perder elétrons e tornar-se íons positivos) são aqueles que têm um ou mais elétrons fracamente ligados num nível de energia acima de uma camada eletrônica cheia.
Para aumentar ao máximo as atrações cátion-ânion, e diminuir tanto quanto possível as repulsões cátion-cátion e ânionânion, cada íon positivo fica rodeado pelo maior número possível de íons negativos e se liga fortemente a todos e cada um desses vizinhos. Os íons negativos fazem a mesma coisa, sendo envolvidos por íons positivos.
Esta organização espacial dos íons forma uma rede cristalina (ou retículo cristalino) que cresce em todas as direções: para um lado, para o outro, para frente, para trás, para cima e para baixo.. Assim é que são formados os cristais iônicos: a partir da repetição de estruturas relativamente simples, chamadas celas unitárias, levando a sistemas altamente organizados.
A temperatura de fusão é alta, pois é necessária uma grande energia para quebrar a atração eletrostática entre os íons do retículo, como consequência são extremamente duros e frágeis. Um impacto no retículo cristalino, por exemplo, faz com que íons com a mesma carga se encontrem e ocorra uma repulsão, ou seja, o material apresentará uma fratura frágil, com baixa ou nenhuma ductibilidade.
3-) a) Desenhe os seguintes planos cristalográficos de células unitárias cúbicas i.) (101); ii.) (221)
b) numa célula unitária CCC, desenhe o plano (110) e indique as coordenadas de posição dos átomos cujos centros são intersectados por este plano. 
As coordenadas dos átomos cujos centros são intersectados pelo plano (110) são (1,0,0), (0,1,0), (1,0,1), (0,1,1) e (½,½, ½). Essas posições estão indicadas pelos círculos em preto.
4-) Qual o plano cristalino perpendicular â direção [111]? E a direção [100]? Justifique a sua resposta.
[111] = (111)
[100] = (100)
Uma característica interessante e exclusiva dos cristais cúbicos é o fato de que os planos e as direções que possuem os mesmos índices são perpendiculares entre si, para os demais sistemas cristalinos não existem relações geométricas simples entre planos e direções com o mesmo índice.
5-) O Potencial de Lennard-Jones, V(r), descrito na função abaixo, é uma primeira aproximação para se modelar a ligação química entre dois átomos para formar uma molécula simples. Com base neste potencial, descreva como é possível se estabelecer uma ligação química entre os átomos constituintes desta ligação. Faça um gráfico qualitativo de V(r) (potencial) em função da distância interatômica, (r). Para auxilia-lo na justificativa 
V(r) = 4