GRA1584 QUIMICA GERAL E CIENCIA DOS MATERIAIS -ATIVIDADE 4 - Materiais Cerâmicos Respostas 10-10

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PERGUNTA 1
É importante para o engenheiro familiarizar-se como as aplicações e o processamento dos materiais cerâmicos, que são in�uenciados por suas propriedades mecânicas e térmicas, tais como dureza, fragilidade e temperatura de fusão elevada. Ademais, o engenheiro deve reconhecer quais materiais da sua prática pro�ssional são categorizados como cerâmicos. 
  
A seguir, assinale a alternativa correta: 
  
                       
Fonte: Petro Perutskyi / 123RF.
Os materiais cerâmicos podem ser divididos em seis grandes tipos, a saber: vidros, produtos à base de argila, refratários, abrasivos, cimentos e poliméricos.
Os refratários são materiais cerâmicos que resistem a altas temperaturas sem fundir ou decompor, sendo utilizados como isolantes térmicos. Uma aplicação típica é a de revestimentos para fornos.
Os vidros, recipientes, lentes e a �bra de vidro representam aplicações típicas de vidros, em que as duas principais características são a sua transparência óptica e a sua resistência à deformação plástica.
As cerâmicas abrasivas são utilizadas com a função de desgastar, polir ou cortar materiais que tenham maior dureza. Com efeito, a exigência primordial para esse grupo de materiais é a dureza ou resistência ao desgaste.
O cimento portland é um material cerâmico denominado cimento hidráulico, uma vez que a sua dureza se desenvolve sem a presença de água.
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PERGUNTA 2
O estado cristalino pode estar presente nos materiais poliméricos, bem como o estado amorfo. Em função dos seus tamanhos e da sua complexidade, as moléculas dos polímeros são, em geral, apenas parcialmente cristalinas (ou semicristalinas), com regiões cristalinas dispersas no material amorfo restante. 
  
A respeito dos seus conhecimentos sobre a estrutura dos polímeros, avalie as asserções abaixo: 
 
1. A maioria dos polímeros em rede e com ligações cruzadas são totalmente cristalinos.
 
Porque
2. O grau de cristalinidade de um polímero depende da taxa de resfriamento durante a solidi�cação, assim como da con�guração da cadeia.
 
  
  
  A seguir, assinale a alternativa correta:
As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justi�cativa correta da I.
As asserções I e II são proposições verdadeiras, mas a II não é uma justi�cativa da I.
A asserção I é uma proposição falsa, e a II é uma proposição verdadeira.
As asserções I e II são proposições falsas.
A asserção I é uma proposição verdadeira e a asserção II é uma proposição falsa.
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PERGUNTA 3
No que tange aos polímeros, dois grandes grupos estão presentes: os sintéticos e os naturais. De fato, com o término da Segunda Guerra Mundial, o âmbito de pesquisa dos materiais foi revolucionado graças ao advento dos polímeros sintéticos. 
           
Fonte: Molekuul / 123RF. 
  
 Com base nos seus conhecimentos sobre os polímeros, a seguir assinale a alternativa correta:
Quando todas as unidades repetidas ao longo da cadeia são da mesma natureza, o polímero resultante é chamado de copolímero.
Polímeros são compostos por intermédio de unidades repetidas, em que o termo monômero refere-se à macromolécula �nal.
As cadeias poliméricas podem dobrar, enrolar e contorcer, culminando em polímeros lineares, rami�cados, de ligações cruzadas ou rede e malha. Assim, as propriedades mecânicas irão variar de acordo com cada con�guração.
Três exemplos de polímeros naturais são utilizados no âmbito industrial: polietilenos, poliestirenos e o cloreto de polivinila (PVC).
Os polímeros consistem em macromoléculas com massas moleculares pequenas e grau de polimerização variável.
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PERGUNTA 4
A gra�ta é um polimorfo do carbono que apresenta estrutura cristalina diferente do diamante. Essa gra�ta, por sua vez, é composta por camadas de átomos de carbono em um arranjo hexagonal e, apesar de não ser formada por um metal e um não metal, é muitas vezes considerada um material cerâmico. No âmbito da engenharia, muito vem sido discutido acerca da gra�ta. Nesse contexto, assinale a alternativa correta: 
  
  
 
  
Fonte: Naveen Kalwa / 123RF.
A gra�ta é um material que possui alta resistência mecânica e boa estabilidade química, em que há a�nidade química com a água por ser um composto polar.
A gra�ta é comumente utilizada como elemento de aquecimento em fornos elétrico, como eletrodos para soldagem a arco, devido à sua característica de ser um ótimo isolante térmico.
O diamante e a gra�ta são o que pode ser denominado “sólidos de rede amorfas”, no sentido de que todos os átomos de carbonos realizam ligações primárias com átomos adjacentes ao longo de todo o sólido. 
  
 
Os carbonos adjacentes no hexágono estão ligados covalentemente, ao passo que uma rede na outra está conectada mediante ligações intermoleculares do tipo Van der Waals (ligações fracas). Isso explica o porquê da aplicação da gra�ta na área automotiva.
Diferentemente da gra�ta, o fulereno não é uma forma polifórmica do carbono. Este, por sua vez, é composto de um aglomerado retangular oco que contém 60 átomos de carbono.
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PERGUNTA 5
Os polímeros podem ser divididos em várias categorias, e para cada uma existe uma diversa gama de aplicações. Dentro desse contexto, os vários tipos de polímeros compreendem os plásticos, os elastômeros, as �bras, os adesivos, as espumas e os �lmes. É papel do engenheiro conhecer um pouco dessas aplicações, associando-as com as estruturas e peculiaridades dos polímeros. 
  
A partir disso, analise as a�rmativas a seguir: 
 
I. Os plásticos (polietileno, polipropileno, cloreto de polivinila, poliestireno, poliéster) são mais empregados e podem ser subclassi�cados em termo�xos, termoplásticos e termo vidros. 
II. Embora a borracha natural seja muito utilizada, o elastômero sintético mais importante é o SBR, usado predominantemente em pneus de automóveis com aditivos. 
III. Os �lmes possuem uma ampla aplicação como sacos para embalagem de produtos alimentícios, e as características importantes são: alto grau de �exibilidade, resistência à tração e ao rasgamento e alta permeabilidade a alguns gases, especialmente vapor d’água. 
IV. As espumas são geralmente utilizadas como almofadas em automóveis, colchões e embalagens e como isolantes térmicos. Os materiais termoplásticos e termo�xos são empregados como espumas; como, por exemplo, o poliuretano, que tem pequenos poros e bolhas de gases aprisionados. 
 
Está correto o que se a�rma em:
I, II e III, apenas.
II e IV, apenas.
I, II e IV, apenas.
I e II, apenas.
I, III e IV, apenas.
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PERGUNTA 6
A nanotecnologia vem sendo cada dia mais desenvolvida no mundo. Dentre as inúmeras aplicações possíveis, há a indústria aeronáutica. Por exemplo, o novo Boeing 787 Dreamliner foi o primeiro avião comercial a ser construído com 50% de compósitos. Os nanocompósitos são uma promissora subclassi�cação dos compósitos. 
  
A respeito dos seus conhecimentos sobre a estrutura dos nanocompósitos, avalie as asserções abaixo: 
 
1. As partículas são, em geral, menores com diâmetros de 10 nm a 100 nm. As interações partícula-matriz ocorrem no nível atômico ou molecular.
 
Porque
2. A deformação plástica �ca restrita de tal modo que os limites de escoamento e de resistência à tração, assim como a dureza, são melhorados.
 
  
  
  A seguir, assinale a alternativa correta:
As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justi�cativa correta da I.
 A asserção I é uma proposição falsa, e a II é uma proposição verdadeira.
As asserções I e II são proposições verdadeiras, mas a II não é uma justi�cativa da I.
As asserções I e II são proposições falsas.
A asserção I é uma proposição verdadeira e a asserção II é uma proposição falsa.
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PERGUNTA 7Os materiais cerâmicos são amplamente utilizados no cotidiano. Por isso, faz-se imprescindível o conhecimento rigoroso das possíveis imperfeições presentes nos compostos cerâmicos e suas nuances. Dentre estas, tem-se o defeito Schottky, o defeito Frenkel, as impurezas e a estequiometria. 
  
A seguir, assinale a alternativa correta:
O defeito de Schottky é considerado uma vacância ou lacuna gêmea de dois ânions em que a neutralidade não é mantida.
As impurezas, diferentemente dos demais defeitos, não devem satisfazer o balanço de cargas dentro do retículo.
A falta da estequiometria pode ocorrer para alguns materiais cerâmicos e ainda assim manter o balanço de cargas equilibrado, como é o caso do óxido de ferro (wustita).
A quantidade dos defeitos nos cristais de compostos cerâmicos, assim como nos materiais metálicos, não depende da temperatura.
A estequiometria de uma estrutura cristalina de cloreto de sódio NaCl é 2:1, isto é, há 2 mols de íons de sódio metálico para cada mol de íons cloreto.
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PERGUNTA 8
Atualmente, os compósitos poliméricos reforçados com �bras de carbono estão sendo empregados veementemente em carcaças de motores a jato, vasos de pressão e componentes estruturais de aeronaves. As �bras de vidro, por outro lado, são empregadas nas indústrias de transporte e pisos industriais. Com base nessas duas �bras, assinale a alternativa correta. 
 
I. Como �bra, o vidro é relativamente resistente e, quando incorporado em uma matriz de plástico, produz um compósito com alta resistência. No entanto, a maioria dos materiais em �bra de vidro está limitada à temperatura de serviço abaixo de 200 ℃. 
II. As �bras de carbono têm as maiores resistências especí�cas dentre todas as �bras de reforço e, em temperaturas ambientes, essas �bras não são afetadas pela umidade ou por alguns solventes importantes como, por exemplo, ácidos e bases. 
III. Enquanto a �bra de carbono está limitada pelas baixas temperaturas de trabalho, a �bra de vidro está limitada pelo alto custo. 
IV. As �bras de vidro se enquadram melhor na categoria de materiais cerâmicos, pois possuem uma resistência térmica mais apropriada para as aplicações mencionadas. Por outro lado, as �bras de carbono são enquadradas, efetivamente, na categoria de materiais compósitos. 
 
Está correto o que se a�rma em:
I, apenas.
I, III e IV, apenas. 
 
II, apenas.
I, II e IV, apenas.
I e II, apenas.
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PERGUNTA 9
Assim como nos materiais metálicos, as propriedades mecânicas das cerâmicas estão intimamente associadas à microestrutura e também ao processamento. As cerâmicas cristalinas ou não cristalinas em temperatura ambiente, por exemplo, sofrem fratura antes de sofrerem qualquer tipo de deformação plástica. 
  
A respeito dos seus conhecimentos sobre as propriedades mecânicas dos materiais cerâmicos, analise as a�rmativas a seguir e assinale V para a(s) verdadeira(s) e F para a(s) falsa(s). 
  
I. ( )  Os materiais cerâmicos sofrem fratura frágil antes de sofrerem deformação plástica apreciável devido às ligações metálicas interatômicas fortes, que tornam este material muito rígido.  
II. ( ) O módulo de elasticidade, que é a inclinação da reta no grá�co de tensão e deformação, evidencia valores altos para os materiais cerâmicos, isto é, são materiais rígidos. 
III. ( ) É desa�ante medir a dureza em materiais cerâmicos, devido à fragilidade deles, porém são materiais excessivamente duros e utilizados como abrasivos. 
IV. ( ) A porosidade presente nos materiais cerâmicos é um tipo de defeito que não interfere nas propriedades mecânicas deles. 
Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta:
F, V, V, V. 
 
F, F, V, V.
V, V, F, F.
V, V, V, F.
F, V, V F.
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F , V,V, F
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PERGUNTA 10
Do ponto de vista tecnológico, os compósitos mais relevantes são aqueles em que a fase dispersa está na forma de uma �bra. Os objetivos dos compósitos reforçados com �bras consistem, com frequência, em alta resistência e ou rigidez em relação ao peso.  
Com base nos compósitos reforçados com �bras e as suas nuances, assinale a alternativa correta.
Os compósitos reforçados com �bras requerem uma alta adesão entre matriz e �bra. Uma alta adesão confere boa resistência mecânica mesmo com o material se tornando ligeiramente frágil.
A fase �bra pode ser classi�cada em três categorias: whiskers, arames e �bras. Os whiskers são os mais utilizados dos três devido ao custo.
Como um compósito polimérico reforçado com �bra aramida, tem-se o Kevlar, utilizado para blindagem balística, artigos esportivos e pneus. Elas são requisitadas devido às suas excepcionais relações resistência-peso, superiores às dos metais.
As �bras de carbono e as �bras de vidro são exemplos de compósitos reforçados com �bras, porém há muitas limitações, pouco investimento e pouca aplicabilidade industrial.
As características mecânicas de um compósito que foi reforçado com �bras dependerão somente das propriedades da �bra.
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