A Lista De Exercícios De Ciência Dos Materiais

LISTA DE EXERCÍCIOS I

(Entrega na data da 1ª prova)

1. Com o que se ocupa a Ciência dos Materiais e qual sua importância na engenharia?

1. Como se interrelacionam estrutura, propriedades, processamento e desempenho em serviço de um material?

1. Em que estaria baseada a mudança de propriedades de um mesmo material fabricado por diferentes processos?
2. A partir de um material de sua escolha, dê duas aplicações para o mesmo e descreva as propriedades de interesse em cada aplicação.

1. Quais são os critérios para a seleção de um material para determinada aplicação.
2. Caracterize: ligação iônica; ligação covalente e ligação metálica.

1. Compare o raio iônico de um mesmo elemento com o raio iônico de seu átomo neutro (faça para um cátion e um ânion). Por que isso ocorre?

1. Explique por que sólidos iônicos não conduzem eletricidade, enquanto o mesmo material dissolvido em água é condutor.

1. Entre os compostos KBr e HCl, qual apresenta maior caráter iônico? Por quê?
2. Explique por que os metais são bons condutores de calor e eletricidade.

1. Calcule os percentuais de caráter iônico (%CI) para as ligações interatômicas em cada um dos seguintes compostos: TiO2, ZnTe, CsCl, InSb e MgCl2.
2. Por que materiais com elevado ponto de fusão tem elevado módulo de elasticidade e baixa dilatação térmica?

1. Quais são os níveis de ordenação dos átomos em um sólido e como diferem entre si?

1. O que se entende por estrutura cristalina de um material?
2. Quais os parâmetros pelos quais se define um cristal? O que é uma célula unitária?

1. Quantos tipos de células unitárias são conhecidos? Que são redes de Bravais?

1. O que é Número de coordenação e do que ele depende? O que é fator de empacotamento em uma célula unitária?
2. Quantos átomos estão contidos nas células unitárias do sistema cúbico simples (CS), de corpo centrado (CCC) e de face centrada (CFC)? Determine as relações entre o raio atômico e o parâmetro de rede para cada um destes sistemas.

1. Sabendo que o raio atômico do Ni CFC é 0,125 nm, quantas células unitárias estão presentes em um centímetro cúbico desse elemento?
2. O ferro (Fe) passa por uma transformação alotrópica a 912°C: com o aquecimento, passa de uma estrutura CCC (fase α) para uma estrutura CFC (fase γ). Essa transformação vem acompanhada de uma mudança no raio atômico do Fe, de RCCC = 0,12584 nm para RCFC = 0,12894 nm, e ainda de uma alteração na massa específica (e no volume). Calcule a variação percentual no volume que está associada a essa reação. O volume aumenta ou diminui?
3. O que é alotropia? O que é anisotropia?

1. O que é distância interplanar.

1. Determine os índices de Miller para as direções das Figuras 1 e 2 e para os planos das Figuras 3 e 4.

[pic 1]	[pic 2]
Figura 1	Figura 2
[pic 3]	[pic 4]
Figura 3	Figura 4

1. O lantânio tem uma estrutura CFC abaixo de 865ºC com a = 5.337 Å, mas tem uma estrutura CCC com a = 4,26 Å acima de 865°C. Calcule a troca de volume quando La passa por 865°C. La expande ou contrai se lhe fornece energia a essa temperatura?

1. Supondo ligações metálicas entre os átomos e que o parâmetro de rede seja 4 Å, calcule a densidade linear e o fator de empacotamento linear nos sistemas: a) CS para a direção [011] e

b) CCC para a direção [111].

1. Para um metal hipotético com parâmetro de rede de 0,4 nm, calcule a densidade planar: a) de um plano (101) para a célula CCC; do plano (020) de uma célula CFC.
2. Qual é o espaçamento de repetição (vetor de Burgers) dos átomos na direção [211] para o cobre?
3. Como pode-se obter informações sobre estrutura cristalina de materiais a partir da difração de raio-X?

1. Para as estruturas cristalinas CCC, CFC e HC, segundo a Lei de Bragg descreva quando a difração ocorre e quando não ocorre. Explique.

1. Que tipo de defeitos podem ocorrer num cristal.

1. Classifique os defeitos pontuais quanto à forma, origem e estequiometria. Descreva-os.
2. Para um metal hipotético, o número de lacunas em condições de equilíbrio a 750°C é de 2,8 × 1024 m−3. Se a massa específica e o peso atômico desse metal são de 5,60 g/cm3 e 65,6 g/mol, respectivamente, calcule a fração de lacunas para esse metal a 750°C.

1. Calcule o número de lacunas por metro cúbico no ferro a 850°C. A energia para a formação de lacunas é de 1,08 eV/átomo. A massa específica e o peso atômico para o Fe são de 7,65 g/cm3 e 55,85 g/mol, respectivamente.

1. O que são discordâncias e como podem ocorrer?
2. 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?

1. Defina grão e contorno de grão. Que tipo defeito é considerado um contorno de grão?
2. Como pode a superfície de um cristal ser considerado um defeito da estrutura cristalina?

1. O que são defeitos volumétricos?

1. Cite algumas propriedades influenciadas diretamente pela presença de defeitos.

1. O que é Difusão e quais as condições necessárias para que ela ocorra?
2. Explique sucintamente a diferença entre autodifusão e interdifusão.

1. Descreva os mecanismos de difusão substitucional e intersticial em metais sólidos.

1. Quais são os fatores que afetam a velocidade de difusão em metais sólidos cristalinos?

1. O coeficiente de difusão de prata na prata sólida é 1,0 x 10-17 m2/s a 500°C e é 7,0 x 10-13 m2/s a 1000°C. Calcule a energia de ativação (J/mol) para a difusão da Ag na Ag, na gama de temperaturas de 500 a 1000°C.
2. Calcule o valor do coeficiente de difusão D, em m2/s, do carbono no Feγ (CFC), a 927°C. Use os seguintes valores: D0=2,0 x 10-5 m2/s, Q = 142 KJ/mol.

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