Lista de ExercíciosDefeitos

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Lista de Exercícios – Defeitos
20. Para o cobre: qual é o espaçamento de repetição (vetor de Burgers) dos átomos na direção [211]?
Cobre possui estrutura CFC e um raio atômico (R) = 0,128nm. 
a CFC = 4r / ---------------- a CFC = 4*0,128 / 
a CFC = 0,362
d = 3, 62/ 
d = 1,47786 nm 
21. Como podem apresentar-se os compostos cerâmicos de estrutura AX? Descreva-os.
	São aqueles nos quais existem iguais números de cátion e de ânion. Estes são conhecidos como os compostos AX, onde A denota o cátion e X o ânion. Existem várias diferentes estruturas cristalinas para os compostos AX; cada uma é normalmente denominada de acordo com um material comum que assume a particular estrutura. Ex: estrutura do NaCl, estrutura do CsCl e do ZnS. 
22. Como podem apresentar-se os compostos cerâmicos de estrutura AmXp? Descreva-os.
	Cátions e ânions com cargas diferentes, podem gerar compostos com a fórmula AmXp, onde m e/ou p são diferentes de 1. Um exemplo seria AX2, para a qual uma estrutura cristalina comum é encontrada na fluorita (CaF2). A razão de raios iônicos rC / rA para CaF2 é de cerca de 0,8 que dá um número de coordenação de 8. Íons cálcio estão posicionados nos centros de cubos, com íons fluoreto nos cantos. A fórmula química mostra que o número de íons Ca2+ que existem é apenas a metade do número de íons Fe, portanto, a estrutura cristalina seria similar àquela do CsCl, exceto que apenas a metade das posições de centros dos cubos são ocupadas por íons Ca2+. Outros compostos que têm esta estrutura cristalina incluem UO2, PuO2 e ThO2.
23. Como podem apresentar-se os compostos cerâmicos de estrutura AmBnXp? Descreva-os.	
	É possível para compostos cerâmicos terem mais de um tipo de cátion; para dois tipos de cátions (representados por A e B), suas fórmulas químicas podem ser designadas por AmBnXp. Titanato de bário (BaTiO3), tendo cátions tanto de Ba2+ quando de Ti4+, cai nesta classificação. 
24.  Defina a constante de Madelung. Qual é seu significado físico?
	A constante de Madelung, M tem o nome de Erwin Medelung, um físico alemão e é um fator geométrico que depende da disposição dos íons no sólido. A constante de Madelung depende do tipo de estrutura.	Ela caracteriza o efeito eletrostático líquido de todos os íons na rede cristalina. Devido às cargas opostas, cátions e ânions se atraem mutuamente num sólido iônico, criando uma energia de ligação. Para que estes íons sejam separados, uma certa quantidade de energia deve ser fornecida ao cristal, sendo suficiente para que quebrar a ligação ânion-cátion. Esta energia é denominada energia de rede.
25. Baseado na razão entre os raios e a necessidade de balanço de cargas da estrutura cúbica, qual o arranjo atômico do CoO?
Raio do Cobalto = 0,65 Raio oxigênio= 1,67
Relação r/R = 0,65/1,67 = 0,389
O arranjo atômico pode ser CFC ou HC. 
26. Baseado no raio iônico, determine o número de coordenação esperado para os seguintes compostos: a)FeO b)CaO c)SiC d)PbS e)B2O3
A) Raio Fe2+ = 0,077 nm
Raio O2- = 0,140 nm
r/R = 0,55 NC = 6
	B) Raio Ca2+ = 0,100 nm Raio O2- = 0,140 nm
	r/R = 0,714 NC = 6
	C) Raio Ca2+ = 0,100 nm Raio O2- = 0,140 nm
	r/R = 0,714 NC = 6
	D) Raio Pb2+ = 0,120 nm Raio S2- = 0,184 nm
	r/R = 0,65 NC = 6
	e) Raio B3+ = 0,023 nm Raio O2- = 0,140 nm
	r/R = 0,164 NC = 3
27. Calcule a densidade do composto CdS.
Sendo: r (S) =1,09 e R (Cd) = 1,71 
r/R = 0,148/0,184 = 0,804 
Assim, NC = 8 CS (cubico simples) 
A0 = (2R+2r) = (2*0,184+2*0,148) = 0,664 
MCU = 2,4X10^-22g 
VCU = 0,292 
Ρ = 2,4x10^-22 g / 0,664 x 10^-27m³ 
ρ = 3,61 x 105g / m³ ou 0,361g/cm³
28. Descreva a estrutura cristalina do Al2O3.
	A estrutura cristalina é do tipo AX2. Sendo que 2/3 dos locais tetraédricos estão ocupados por Al3, e desta forma este composto mantém sua neutralidade elétrica devido a valência.
29. Descreva a estrutura cristalina tipo perovskita. Cite um exemplo.
	É uma estrutura do tipo NaBmXp que possui um óxido duplo com dois cátions, sua estrutura é mais complexa devido a presença de mais um átomo.
30. Descreva a estrutura cristalina tipo espinélio. Cite um exemplo.
	É formada por dois metais de valência diferente, onde uma forma um interstício tetraédrico e outro um interstício octaédrico o ânion forma a rede CFC, um exemplo é o FeAl2O4.
31. Descreva a estrutura cristalina “cúbica tipo diamante”. Cite exemplos de materiais que cristalizam nessa estrutura.
	A estrutura cristalina do diamante é característica pela ocupação dos interstícios, por ser totalmente covalente e sua forma é metaestável, seus átomos se tocam pela diagonal do cubo, são exemplos de materiais que cristalizam com esta estrutura o Ge, o Si e o Pb.
32. Comente a cristalinidade de materiais poliméricos.
	Em geral, os polímeros não são nem totalmente amorfos, nem totalmente cristalinos, se apresentando num estado intermediário. Este estado intermediário é definido pelo grau de cristalinidade do polímero. Quando maior o grau de cristalinidade, maior é a organização das cadeias de polímero. O conhecimento do grau de cristalinidade de um polímero é importante, pois facilita na seleção do material a ser usado em diferentes aplicações. A definição da cristalinidade dos polímeros pode ser obtida no teste de DSC. 
33. Descreva a estrutura não-cristalina dos vidros. O que são pontes-de-oxigênio e modificadores de redes?
	A estrutura do vidro possui unidades estruturais repetitivas, não tem ordem nem na primeira vizinhança, o que torna a estrutura não cristalina, os vidros inorgânicos à base de sílica, aos quais foram adicionados outros óxidos, como o CaO e o Na2O, estes óxidos adicionados não formam redes poliédricas, ao contrário, seus cátions são incorporados no interior através de pontes de oxigênio e modificam a rede, por esta razão estes aditivos óxidos são chamados de modificadores de rede.
34. Como pode-se obter informações sobre estrutura cristalina de materiais a partir da difração de raio X?
	A Quando um feixe de raios x é dirigido à um material cristalino, esses raios são difratados pelos planos dos átomos ou íons dentro do cristal. Ao se incidir um feixe de raios-X sobre um cristal, onde os átomos estão regularmente espaçados (periodicidade do arranjo cristalino), cada átomo será uma fonte de emissão esférica de radiação. Nesta condição poderá haver interferências construtivas ou destrutivas entre as ondas eletromagnéticas se estiverem em fase entre si ou defasadas, respectivamente. Então, utilizando a Lei de Bragg e relacionando com os índices de Miller as reflexões obtidas fornecem informações sobre a estrutura cristalina do material. 
35. Nos exercícios em que você calculou a densidade teórica de metais ou compostos, esta difere dos valores que você obtém na prática analisando sólidos mesmo com porosidade nula. A que se deve a diferença? E qual sua consequência?
	Essa diferença pode estar associada a impurezas na rede cristalina, ou então está relacionada aos defeitos presentes na rede. Pode resultar do empacotamento imperfeito na solidificação inicial, ou devido a vibrações térmicas dos átomos em função da temperatura.
36. Que tipo de defeitos podem ocorrer num cristal. Quais são os defeitos pontuais? Descreva-os.
	Defeitos pontuais; Defeitos lineares; Defeitos planos ou interfaciais; Defeitos volumétricos. 
Defeitos pontuais: Vacâncias ou vazios; Átomos Intersticiais; Schottky; Frenkel. 
Vacâncias ou lacunas: é a falta de um átomo na rede cristalina, pode resultar no empacotamento imperfeito na solidificação inicial.
Defeito intersticial: quando um átomo é abrigado por uma estrutura cristalina, principalmente se esta tiver um baixo fator de empacotamento.
Defeito substitucional: quando um átomo é deslocado de sua posição original por outro, e conforme o tamanho pode aproximar os átomos da rede, separar os átomos da rede, e como consequência pode ocorrer à distorção da rede.
Defeito de Frenkel: um íon desloca-se de sua posição na rede para uma posição intersticial.
Defeito de Schottky: é a lacuna de um par de íons.
37. Classifique os defeitos pontuais quanto à forma,origem e estequiometria.
Defeitos pontuais quanto à forma:
– Vacância;
– Átomo intruso;
– Schottky;
– Frenkel.
Quanto à origem do defeito:
– Intrínseco;
– Extrínseco.
Quanto à estequiometria:
– Não estequiométrico; – sub rede de cátions – sub rede de ânions. 
38.  O que são defeitos: a) não-estequiométricos?
	São defeitos que provocam mudança na composição química do material, isto é, formam sub redes de cátions e sub redes de ânions, estes defeitos podem ser dominantes compensadores, e podem gerar deficiência no metal ou metal em excesso respectivamente.
39. O que são defeitos extrínsecos e intrínsecos?
Defeitos intrínsecos : Defeitos pontuais que envolvem apenas as espécies químicas constituintes do material
Defeitos extrínsecos: Defeitos envolvem espécies químicas diferente dos constituintes do material. Ex  impurezas
40.  O que é íon aliovalente e íon isovalente?
	Isovalente é uma solução sólida intersticial ou substicional com valência igual, são incorporados de forma simples, deve-se considerar a interação elástica resultante da diferença dos raios iônicos, neste caso aplica-se a regra de Hume-Rothery para determinar o tipo de solução sólida formada.
	Aliovalente é a solução solida intersticial ou substicional com diferente valência, e é caracterizado pelo excesso de cargas introduzidas que causam grande concentração de defeitos na rede cristalina, o tipo de defeito depende da energia de formação, os defeitos de Schottky e Frenkel são exemplos de defeitos aliovalentes.
41. 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.)
42. Quais as consequências de um defeito tipo Frenkel na rede, por exemplo, do MgO? 
O aumento da concentração de um elemento incorporado na rede.
43. Supondo o parâmetro de rede do CsCl de 4,0185 A e a densidade de 4,285 
Mg/m3, calcular o número d e defeitos Schottky por célula unitária.
a = 4 ,018 5 A 
densidade = 4,285 mg/cm³
MC s = 1 32,9g /gmol 
MC l = 35,3 g /gmo l 
Proporção 1 átomo de C l pa ra 1 á tomo d e Cs 
x = y densidad e = n x ( massa Cs + massa C l ) 
 			 volume 
4.285 = (x132.91+y35.3) *6.02 x1 023 
 (4 .01 85x1 0 -10)3 
x = y = 0.995 átomos/célula 
44. O que é a notação de Kröger-Vink. Utilize esta notação para representar:
A notação de Kroger-Vink explica e representa os principais tipos de defeitos pontuais em sólidos iônicos.
45. O que são discordâncias e como podem ocorrer?
Discordâncias consistem em defeitos lineares ou unidimensionais em torno do qual alguns átomos estão desalinhados, são associadas à cristalização e a deformação, sua origem pode ser térmica, mecânica e por supersaturação de defeitos pontuais, este tipo de defeito pode ser responsável pela deformação, falha ou rompimento de um material.
46. Qual o significado do vetor de Burgers? Qual a relação entre a discordância e a direção do vetor de Burgers para cada tipo de discordância?
A magnitude e a direção da distorção da rede cristalina que está associada a uma discordância é expressa através de termos de vetores, os vetores de de Burgers, estes vetores são associados respectivamente ás discordâncias aresta, espiral e mista, a natureza de uma discordância é definida pelas orientações relativas a linha da discordância e do vetor de Burgers.
O vetor de Burgers fornece a magnitude e a direção de distorção da rede, corresponde à distância de deslocamento dos átomos ao redor da discordância. Na discordância em espiral o vetor de Burger é paralelo á direção da linha de discordância, na discordância em cunha o vetor de Burgers é perpendicular à discordância em cunha.
47. Defina grão. O que é contorno de grão. Que tipo defeito é considerado um contorno de grão?
Grão é a porção de material onde o arranjo cristalino é idêntico, variando sua orientação, contorno de grão é a fronteira entre os grãos, o contorno de grão é considerado um defeito planar.
48. Como pode a superfície de um cristal ser considerado um defeito da estrutura cristalina?
O defeito de superfície externa é o defeito mais evidente devido a descontinuidade, a coordenação atômica na superfície não é comparável a dos átomos no interior do cristal, os átomos superficiais têm seus vizinhos em apenas um lado, logo possuem mais energia e estão firmemente ligados aos átomos externos.
49. O que são defeitos volumétricos?
São estruturas sem ordenamento de longo alcance, estas estruturas são chamadas de estruturas amorfas e podem formar uma matriz em cristais de polímeros formando os polímeros semicristalinos.
50. Cite algumas propriedades influenciadas diretamente pela presença de defeitos.
Defeitos pontuais influenciam diretamente as propriedades de difusão, processos de transporte de condução iônica, reações de estado sólido, transformações de fase, evolução da microestrutura. Defeitos lineares influenciam diretamente nas propriedades mecânicas como a deformação plástica, fragilidade e dureza. Defeitos planares influenciam diretamente nas propriedades magnéticas e dielétricas. Defeitos volumétricos influenciam na estrutura cristalina do material.