Lista de Exercícios Ciência dos Materiais

Ciências dos Materiais: 2021.1

Lista de Exercícios 1

1. Disserte sobre o que estuda a ciência dos materiais e a diferença entre ciência e engenharia de materiais.

A ciência de materiais investiga a correlação entre composição química, estrutura, propriedades e processamento do material.

Já a engenharia de materiais, além de trabalhar com os fatores da ciência dos materiais, estuda o projeto e o custo do material, ou seja, trabalha a aplicação do material. O Engenheiro de materiais  cria novos produtos ou sistemas usando materiais existentes. Portanto, podemos dizer que a ciência dos materiais está dentro da engenharia dos materiais.

2. Disserte com suas próprias palavras sobre a importância de se estudar a estrutura atômica e as ligações químicas.

        Estudar a estrutura atômica e as ligações químicas de átomos e moléculas são fundamentais para entendimento do que pode ter vida ou não, entender as propriedades dos diversos materiais existentes, como se comportam, como se associam, entre outros fatores. Tudo que existe é formado por átomos e moléculas, que se relacionam de variadas formas formando o que vemos em nós (seres vivos) e o que vemos ao nosso redor (materiais diversos).

        Portanto, principalmente, na área de engenharia dos materiais, é essencial compreender a estrutura atômica e as ligações químicas, pois podemos assim entenderemos sobre os materiais que existem, as possibilidades de composição entre eles e suas propriedades químicas, físicas e mecânicas.

3. Qual o objetivo de um elemento ao fazer uma ligação química? E como isso pode ser realizado?

        A maioria dos elementos é encontrada na natureza na forma combinada, isso acontece, pois o elemento tende a realizar ligações químicas para obter estabilidade. As ligações químicas são as interações que ocorrem entre átomos para se tornarem uma molécula ou substância básica de um composto. As ligações primárias que os átomos podem realizar são do tipo covalente, metálica, iônica.         

Covalente: são ligações em que ocorre o compartilhamento de elétrons para a formação de moléculas estáveis, com 8 elétrons na camada de valência.

         Iônica: A ligação iônica é realizada pela ligação entre íons, onde um átomo deve ter a capacidade de perder elétrons enquanto o outro tende a recebê-los.

        Metálica: É a ligação que ocorre entre os metais, envolve deslocalização de elétrons. Os elétrons de valência são livres para se moverem livremente através de todo o cristal.

4. O conceito de ‘valência’ se refere a:

a) A carga do íon;

b) A força das ligações químicas;

c) A habilidade do átomo de se combinar.

5. Qual a definição de orbital?

a) Ligação química entre um elétron e o núcleo;

b) Região onde há alta probabilidade de se encontrar um elétron;

c) Elétron que orbita próximo do núcleo;

6. Qual a configuração eletrônica de um metal alcalino?  

a) ns2;

b) np1;

c) ns1; (O metal alcalino é da família 1A, que significa que ele possui 1 elétron na camada de valência, portanto sua configuração é ns¹)

7. Sabendo que a energia de ligação entre dois átomos representa a energia que seria  necessária para separá-los a uma distância de separação infinita, observe a tabela a seguir  com valores de energia de ligação para alguns materiais:

[pic 1]

A partir dos dados da tabela acima, foram tiradas as seguintes conclusões, analise-as:

I: A temperatura de fusão do tungstênio é maior que a do ferro.

II: A temperatura de fusão do MgO  é maior que a do tungstênio.

III: A temperatura de fusão do NaCl é maior que a do ferro.

IV: A temperatura de fusão do MgO é maior que a do NaCl.

As conclusões corretas que podem ser inferidas em: Justifique.

As afirmativas I e IV estão corretas. A temperatura de fusão do tungstênio (3422°C) é maior que a do ferro (1538°C), pois o tungstênio apresenta maior energia de ligação do que o ferro, ambos realizam a ligação metálica. Do mesmo modo podemos dizer que a temperatura de fusão do MgO (2852°C) é maior que a do NaCl (801ºC), devido a energia de ligação de MgO ser maior do que NaCl, ambos realizam ligação iônica. Essas considerações podem ser afirmadas, pois esses materiais apresentam o mesmo tipo de ligação química, o que permite comparar as suas propriedades físicas, neste caso o ponto de fusão.

Não podemos aceitar as afirmativas II e III, pois não é possível comparar propriedades físicas de materiais que realizam ligações químicas diferentes.

8. A eletronegatividade implica na tendência de um elemento de atrair elétrons durante a ligação química. Quanto maior for a diferença de eletronegatividade entre dois elementos,  mais iônica será a ligação. De maneira contrária, quanto mais próximos estiverem os átomos (compartilhamento de um ou mais pares de elétrons), maior será seu grau de covalência. Diante dessa afirmação, o par de elementos químicos que possui maior grau de covalência é: