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Exercícios
Questão 01 – Para definir de maneira completa a estrutura de um determinado metal, é necessário determinar algumas dimensões da célula unitária (parâmetro da estrutura) e a forma geométrica do cristal. No caso do sistema cúbico, deve-se definir o parâmetro do retículo a; no caso do hexagonal, o parâmetro a corresponde à aresta do hexágono da base. De acordo com os parâmetros da estrutura cristalina em metais, é correto afirmar que:
a) o raio atômico r é definido como a distância total entre dois átomos vizinhos, paralelos entre si, admitidos com a forma esférica.
b) no sistema cúbico, o parâmetro do retículo a é a distância entre os pontos do reticulado correspondentes ao vértice do cubo, ou seja, à sua aresta.
c) o raio atômico r não pode ser determinado pelos parâmetros do reticulado.
d) a densidade de empacotamento expressa o número de vizinhos de cada átomo.
e) o número de coordenação indica a fração do volume ocupado pelos átomos (esféricos) em relação ao volume total da célula.
R - Alternativa E.
Questão 02 – Materiais metálicos, cerâmicos e poliméricos são amplamente utilizados nos dias de hoje. Suas aplicações estão diretamente relacionadas às suas propriedades químicas e físicas. Com relação à estrutura e às propriedades desses materiais, analise as afirmações a seguir.
I - As propriedades dos materiais sólidos cristalinos dependem da sua estrutura cristalina, ou seja, da maneira pela qual os átomos, moléculas ou íons encontram-se espacialmente dispostos.
II - Todos os materiais metálicos, cerâmicos e polímeros cristalizam-se quando solidificam. Seus átomos se arranjam em um modelo ordenado e repetido, chamada estrutura cristalina.
III - Os polímeros comuns de plásticos e borrachas possuem elevada massa molecular, flexibilidade e alta densidade, comparável a outros materiais como o chumbo (11,3 g/cm3).
IV - Os materiais metálicos (Fe, Al, aço, latão) são bons condutores de eletricidade e de calor, resistentes e, em determinadas condições, deformáveis, enquanto os materiais cerâmicos (porcelana, cimento) são duros e quebradiços.
É correto apenas o que se afirma em:
a) I e II;
b) I e IV;
c) II e III;
d) I, III e IV;
e) II, III e IV.
R - Alternativa B.
Questão 03 – Em alguns materiais, existem diferenças entre suas propriedades, as quais estão diretamente relacionadas às suas estruturas, sejam elas cristalinas ou não cristalinas, ainda que possuam a mesma composição química. Com relação a essa afirmação, assinale a opção correta.
a) Os materiais não cristalinos apresentam o fenômeno da alotropia.
b) São características de uma estrutura cristalina o seu número de coordenação e o parâmetro de rede.
c) Os materiais amorfos são caracterizados por estruturas atômicas ou moleculares relativamente complexas e que só se tornam ordenadas com alguma dificuldade.
d) A maioria dos metais e ligas possui uma estrutura cristalina na qual os átomos apresentam um ordenamento de curto alcance, justificando, em parte, a sua elevada ductilidade.
e) Para uma mesma composição química, os materiais que possuem estrutura cristalina do tipo CCC são normalmente mais facilmente conformáveis do que os que possuem estrutura do tipo CFC.
R - Alternativa B.
Questão 04 (valor: 1,0 ponto) – Os materiais sólidos podem ser classificados como metais, cerâmicas e polímeros. Adicionalmente, existem os compósitos, que consistem em combinações de duas ou mais das três classes citadas. Com base nas características e propriedades desses materiais, assinale a opção correta.
a) Os materiais metálicos são compostos por um ou mais elementos exclusivamente metálicos.
b) Os materiais cerâmicos são predominantemente dúcteis e possuem elevada dureza.
c) Os polímeros possuem estruturas moleculares pequenas, normalmente compostas por carbono, hidrogênio e outros elementos não metálicos.
d) Os biomateriais são materiais empregados em componentes implantados no corpo humano e, portanto, podem ser constituídos por quaisquer das referidas três classes de materiais, sem restrições.
e) A meta de projeto de um compósito consiste em se atingir uma combinação de propriedades que não é exibida por qualquer material isolado e, também, incorporar as melhores características de cada um dos materiais componentes.
R - Alternativa E.
Questão 05 (valor: 1,0 ponto) – Número de coordenação igual a 12 e fator de empacotamento igual a 0,74 são características dos elementos:
a) AR, Fe(α), Nb, Cd.
b) Cu, Ni, W, Zn.
c) Ag, Mo, Cr, Pb.
d) Co, Au, Mg, Ti.
e) V, Pt, Mn, Sn.
R - Alternativa D.
Questão 06 – Responda abaixo:
a) Explique os conceitos de polimorfismo e alotropia.
R - Poliformismo ou alotropia é quando um material da mesma composição química apresenta-se em mais de uma estrutura cristalina, possuindo assim propriedades diferentes.
b) Quais as consequências desse fenômeno nas propriedades dos materiais.
R - Transformações polifórmicas são acompanhadas de mudanças na densidade e outras propriedades físicas, dependendo da temperatura e da pressão.
Questão 07– Responda abaixo:
a) Dê dois exemplos que evidenciam a relação entre estrutura e propriedades dos materiais.
R - Carbono grafite e carbono diamante.
b) O que se entende por estrutura cristalina de um material.
R - Entende-se que está relacionado à organização dos átomos de forma geométrica. No caso do carbono, ambos os exemplos contém composição química semelhante, no entanto, em função das diferentes estruturas cristalinas as propriedades são bastantes distintas.
Questão 08 – Calcular a densidade teórica (em g/cm3) dos seguintes metais:
a) Fe-α
b) Al
R - Letra a:
CCC: aresta = 4.raio ÷ √3, então aresta = 4 . 0,1241 ÷ √3 = 0,2866 nm volume = aresta³ = 0,2866³ = 2,35 .10⁻²¹ cm³
densidade = n.A / Vc.NA onde:
N = número de átomos da célula unitária ( para CCC = 2) A = peso atômico
Vc = Volume da célula unitária
NA = Número de Avogadro (6,02 x 10²³ átomos/mol) d = 2 . 55,85/ 2,35 .10⁻²¹. 6.10²³
d = 111,7 / 14,12 ≈ 7,91g/cm³
R - Letra b:
CFC: aresta = 2.raio . √2, então aresta = 2 . 0,1430 .√2 = 0,40.10 ⁻⁹ m volume = aresta³ = 0,40³ = 6,61 .10⁻²³ cm³
densidade = n.A / Vc.NA onde:
N = número de átomos da célula unitária ( para CFC = 4) A = peso atômico
Vc = Volume da célula unitária
NA = Número de Avogadro (6,02 x 10²³ átomos/mol) d = 4 . 26,98/ 6,61 .10⁻²³. 6.10²³
d = 107,97 / 39,66 = 2,72g/cm³