Lista de exercícios – ciência e tecnologia dos materiais

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Curso: Engenharia de Produção Período: 2010. 2 Disciplina: Ciência e Tecnologia dos Materiais- M3 CICN0004 – CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS LISTA DE EXERCÍCIOS NO. 1 – TIPOS DE MATERIAIS E LIGAÇÕES INTERATOMICAS 1. Cite as principais características apresentadas pelas seguintes classes de materiais, dando dois exemplos para cada uma delas: • Metais São bons condutores são utilizados para a Swipe nentp resistentes. Ex: aluml’ • Cerâmicos e, e também serem muito São geralmente isolantes de calor e eletricidade, com relação às propriedades mecânicas as cerâmicas são duras, porém frágeis. ? ma combinação de elementos metálicos e não-metálicos (O, N, C, P, S). Ex: óxidos, nitretos e carbonetos. • Polímeros Esses materiais apresentam baixa densidade e podem ser extremamente flexíveis, também são constituídos de moléculas muito grandes conhecidas como macromoléculas. São geralmente compostos orgânicos baseados em carbono, hidrogênio e outros elementos não-metálicos Ex: termoplásticos, termorrigidos e elastômeros. semicondutores podem ser tratados quimicamente para transmitir e controlar uma corrente elétrica.

Ex: Si, Ge, GaAs, InSb, GaN, CdTe. • Biomateriais (Mat. BiocompatiVeis) São empregados em componentes para implantes de partes em seres humanos e animais. Os biomateriais não devem produzir substâncias tóxicas e devem ser compatíveis com o tecido humano (Isto é, não deve causar rejeição). Ex: Metais, cerâmicos, compósitos e polímeros podem ser usados como biomateriais. 2. Cite de forma resumida as principais diferenças entre ligação iônica, covalente e metálica.

Ligação Metálica * Envolve compartilhamento de elétrons; * Não direcional; * Metais possuem de um a três elétrons de valência; * Os elétrons de valência passam a ser elétrons “livres”, que presentam a mesma probabilidade de se associar a um grande numero de átomos vizinhos e formam uma nuvem eletrônica; * É o tipo de ligação que ocorre entre os átomos de metais. Os átomos dos elementos metálicos apresentam forte tendência a doarem seus elétrons de última camada.

Ligação Iônica * Envolve a transferência de elétrons de um átomo para outro; * A ligação é não-direcional; * A ligação iônica resulta da atração eletrostática entre dois íons de cargas opostas; * Como o próprio nome já diz, a ligação iônica ocorre com a formação de íons. A atração entre os átomos que formam o composto é de origem eletrostática. Sempre um dos átomos perde elétrons, enquanto mais eletronegativo arranca os elétrons do de menor eletronegatividade. Ocorre entre metais e não metais e entre metais e hidrogênio.

Ligação Covalente * Compartilhamento dos elétrons de valência de dois átomos adjacentes; * A ligação resultante é altamente direcional; * É o tipo de ligação que ocorre quando os dois átomos precisam adicionar elétrons em suas últimas camadas. Somente o compartilhamento é que pode assegurar que estes átomos tinjam a quantidade de elétrons necessária em suas últimas camadas. * Cada um dos átomos envolvidos entra com um elétron para a formação de um par compartilhado, que a partir da formação passará a pertencer a ambos os átomos.

Ocorre entre nao metais e não metais, não metais e hidrogênio e entre hidrogênio e hidrogênio. 3. Qual o tipo de ligação química é usualmente presente nos seguintes materiais? • Metais: Ligação Metálica • Cerâmicos: Ligação Iônica • Polímeros: Ligação Covalente • Compósitos: Ligação Covalente • Semicondutores: Ligação Covalente 4. Qual o tipo de ligação você esperaria que se formasse para os seguintes compostos: Bronze (liga de Cu e Sn), GaSb, A1203 e Polietileno.

Bronze: Ligação metálica GaSb: Ligação metálica A1203: Ligação iônica Polietileno: Ligação covale 3 maior a diferença nas eletronegatividades mais iônica é a ligação e quanto menor a diferença nas eletronegatividades mais covalente é a ligação. Conclui-se então, que a afirmação no enunciado é falsa. 6. por que em geral os metais apresentam alta condutividade térmica e elétrica? Os metais na forma natural têm muitos elétrons livres, elétrons ue se desprendem dos seus átomos e formam nuvens eletrônicas.

Esses elétrons livres é que são os principais responsáveis pela alta condutividade térmica e elétrica dos metais. Corrente elétrica são vários elétrons ou íons, em outros casos se movendo, formando um fluxo do maior potencial elétrico para o menor então, quanto maior a liberdade que os elétrons têm para se moverem, melhor condutores será o material. A condutividade térmica elevada dos metais é causada pelo mesmo fenômeno das nuvens de elétrons. Condutividade térmica em materiais sólidos é ausada quando uma molécula ou átomo de grande energia bate no seu vizinho, transferindo parte de sua energia para a vizinha.

Temperatura é a energia média dos átomos de um material. Como os elétrons têm uma liberdade de movimento muito maior que os átomos de um sólido, pertencentes a uma estrutura rígida, são mais fáceis pra eles baterem nos vizinhos, transportando a energia mais rapidamente. Conseqüentemente apresentando essa alta condutividade térmica. 7. Dê uma explicação sobre o porquê que geralmente materiais covalentes são menos densos que materiais metálicos e iônicos. Densidade é a razão entre sua massa (M) e seu volume (V).

Nas famílias, a densidade aumenta de cima pa 4 famílias, a densidade aumenta de cima para baixo, pois, nesse sentido, a massa cresce mais que o volume. Nos períodos, a densidade aumenta das extremidades para o centro, pois, quanto menor o volume, maior a densidade, já que a variação de massa nos períodos é muito pequena. As ligações iônicas são sempre entre um metal e um ametal. As ligações covalentes geralmente ocorrem entre ametais, tendo por assim dizer, menos densidade. As ligações metálicas ocorrem empre entre metais.

A ligação covalente ocorre entre não metais e não metais, não metais e hidrogênio e entre hidrogênio e hidrogênio, que são compostos ou moléculas orgânicas cujas substâncias químicas que contêm na sua estrutura são Carbono e Hidrogênio, e muitas vezes com oxigênio, nitrogénio, enxofre, fósforo, boro, halogênios e outros, substâncias essas cuja densidade é menor quer as encontradas nas outras substâncias dos outros tipos de ligações. 8. Considerando a seguinte afirmação correta “quantos mais próximos os átomos maior a força de atração entre eles”, xplique então porque estes nao se chocam.

A distância entre dois átomos é determinada pelo balanço das forças atrativas e repulsivas. Quanto mais próximos os átomos maior a força atrativa entre eles, mas maior ainda são as forças repulsivas devido à sobreposição das camadas mais internas. Quando a soma das forças atrativas e repulsivas é zero, os átomos estão na chamada distância de equilibrio. A inclinação da curva no ponto de equilíbrio dá a força necessária para separar os átomo S inclinação da curva no ponto de equilíbrio dá a força necessária ara separar os átomos sem promover a quebra da ligação, logo os átomos não se chocam. . Explique porque os metais geralmente se expandem ao serem aquecidos. De uma perspectiva atômica, a expansão térmica ocorre devido ao fato que a distância interatômica entre dois átomos ligados aumenta com um aumento na temperatura. Este fenômeno pode ser compreendido através da curva de energia potencial em função do espaçamento interatômico para uma molécula diatômica. Quanto mais profundo o poço de potencial maior a temperatura de fusão do material. Devido as forcas de repulsão aumentarem muito mais com a aproximação dos átomos a curva não é simétrica.

Por isso, a maioria dos materiais tendem a se expandir quando aquecidos. 10. Como a energia e força de ligações estão relacionadas? Matematicamente, energia (E) e força de ligações (F) estão relacionadas por: F. dr. As forças de ligação são responsáveis pela união de átomos, ditam muitas propriedades físicas dos materiais. Quanto ? energia, ela sendo fornecida a um material, a vibração térmica faz com que os átomos oscilem, conclui-se então que elas são esponsáveis pela união dos átomos e pela oscilação nos estados do átomo por isso, elas se relacionam, pois uma exerce influência sobre a outra. 1. As figuras abaixo representam as curvas energia de ligação em função da distância interatômica para dois materiais, A e B. Qual deles você utilizaria em uma aplicação que exigisse maior resistência à temperatura. Explique a sua resposta. Quanto mais prof que exigisse maior resistência à temperatura. Explique a sua resposta. Quanto mais profundo o poço de potencial maior a temperatura de fusão do material Devido às forcas de repulsão aumentarem muito mais com a aproximação dos átomos a curva não é simétrica.

Por isso, as maiorias dos materiais tendem a se expandir quando aquecidos. Quando energia é fornecida a um material, a vibração térmica faz com que os átomos oscilem próximos ao estado de equilíbrio. Devido à assimetria da curva de energia de ligaçãoxdistância interatômica, a distância média entre os átomos aumenta com o aumento da temperatura. Então, quanto mais estreito e mais profundo o mínimo de potencial menor é o coeficiente de expansão térmica do material. Com base nisso utilizaria material do gráfico A, por conta dos argumentos citados anteriormente.

Referências Disponível em: Material expositivo disponibilizado na disciplina Ciência e Tecnologia dos Materiais na turma- M3, turma ministrada pelo Docente: Prof. Nelson Cárdenas Olivier. http://www2. dbd. pucrio. br/pergamum/tesesabertas Acesso em 18 de agosto de 2010. CLAUDIO, Luiz. Átomos e moléculas. Disponível em: http://luizclaudionovaes. sites. uol. com. br/ligaquim. htm. Ribeirão Preto – SP. Acesso em: 19 de agosto de 2010. CALLISTER Jr, W. D. Ciência e En enharia de Materiais: Uma introdução, Rio de Janeiro, 002.

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