Exercícios P1 - 2023-2

Disciplina: Introdução à ciência e tecnologia dos materiais Exercícios Callister 5ª edição – Prova 1 2.7 Forneça as configurações eletrônicas para os seguintes íons: Fe2+, Fe2+, Cu+, Ba2+, Br- e S2- 2.8 O brometo de césio (CsBr) exibe ligação predominantemente iônica. Os Íons Cs+ e Br- possuem estruturas eletrônicas que são idênticas a quais gases inertes? 2.13 A energia potencial líquida entre dois íons adjacentes, EL, pode ser representada pela soma das Eq. 2.8 e 2.9, isto é, EL=-A/r + B/rn. Calcule a energia de ligação E0 em termos dos parâmetros A, B e n usando o seguinte procedimento: 1. Obtenha a derivada de EL, em relação a r, e então iguale a expressão resultante a zero, uma vez que a curva de EL,, em função de r apresenta um mínimo em E0 2. Resolva esta equação para r em termos de A, B e n, o que fornece r0, o espaçamento interiônico em condições de equilíbrio. 3. Determine a expressão para E0 pela substituição de r0 na Eq. EL=-A/r + B/rn. 2.14 Para um par iônico K+ - CI-, as energias atrativa e repulsiva EA e ER, respectivamente, dependem da distância entre os íons r, de acordo com as expressões EA =-1,436/r ER=5,86 × 10-6/r9 Para essas expressões, as energias estão expressas em elétrons volts por par K+ - CI-, e r representa a distância entre os íons em nanômetros. A energia líquida EL, é simplesmente a soma das duas expressões acima. (a) Superponha em um único gráfico EL, ER e EA em função de r, até uma distância de 1,0 nm. (b) Com base neste gráfico, determine (i) o espaçamento ro entre os Íons K+ e CI- em condições de equilíbrio, e (ii) a magnitude da energia de ligação E0 entre os dois íons. (c) Determine matematicamente os valores de r0 e E0 usando as soluções para o Problema 2.13 e compare esses resultados com os resultados gráficos obtidos para a parte b. 2.17 (a) Cite sucintamente as principais diferenças entre as ligações iônica, covalente e metálica. 2.18 Dê uma explicação para a razão pela qual os materiais ligados covalentemente são, em geral, menos densos do que aqueles ligados por meio de ligação iônica ou metálica. 2.19 Calcule os percentuais de caráter iônico das ligações interatômicas nos seguintes compostos: - TiO2 - ZnTe - CsCl - InSb - MgCl2 2.20 Faça um gráfico da energia de ligação em função da temperatura de fusão para os metais listados na Tabela 2.3. Usando esse gráfico, obtenha uma estimativa aproxima-da para a energia de ligação do cobre, que possui uma temperatura de fusão de 1084°C. 2.21 Usando a configuração eletrônica dos elementos (Tabela 2.2), determine o número de ligações covalentes que são possíveis para os átomos dos seguintes elementos: germânio, fósforo, selênio e cloro. 2.22 Qual(is) tipo(s) de ligação seria (m) esperada(s) para cada um dos seguintes materiais: latão (uma liga de cobre e zinco), borracha, sulfeto de bário (BaS), xenônio sólido, bronze, náilon e fosfeto de alumínio (AIP)? 2.24 Com base na ligação de hidrogênio, explique o comportamento anormal da água quando ela se congela. Isto é, por que existe uma expansão do volume quando ela se solidifica? 3.1 Qual é a diferença entre estrutura atômica e estrutura cristalina? 3.2 Qual é a diferença entre uma estrutura cristalina e um sistema cristalino? 3.3 Se o raio atômico do alumínio é de 0,143 nm, calcule o volume de sua célula unitária em metros cúbicos. 3.4 Mostre que para a estrutura cristalina cúbica de corpo centrado o comprimento da aresta da célula unitária a e o raio atômico R estão relacionados através da expressão a = 4R/ 3. 3.6 Mostre que o fator de empacotamento atômico para a CCC é de 0,68. 3.8 O ferro possui uma estrutura cristalina CCC, um raio atômico de 0,124 nm, e um peso atômico de 55,85 g/mol. Calcule e compare a sua densidade com o valor experimental encontrado na contracapa deste livro ou na internet. 3.12 O zircônio possui uma estrutura cristalina HC e uma densidade de 6,51 g/cm?. (a) Qual o volume da sua célula unitária em metros cúbicos? (b) Se a razão c/a é de 1,593, calcule os valores de c e de a. 3.25 Desenhe uma célula unitária ortorrômbica, e dentro desta célula represente uma direção [121] e um plano (210). 3.26 Esboce uma célula unitária monoclínica, e dentro desta célula represente uma direção [011] e um plano (002) 3.39 Esboce dentro de uma célula unitária cúbica os seguintes planos: (a) (011); (b) (112); (c) (102); (d) (131); 3.49 Explique por que as propriedades dos materiais policristalinos são mais frequentemente isotrópicas. 3.51 Determine o ângulo de difração esperado para a reflexão de primeira ordem do conjunto de planos (113) para a platina com estrutura cristalina CFC quando uma radiação monocromática com comprimento de onda de 0,1542 nm é usada. 13.1 Para um composto cerâmico, quais são as duas características dos íons componentes que determinam a estrutura cristalina? 13.3 Mostre que a razão mínima entre os raios do cátion e do ânion para um número de coordenação de 6 é 0,414. Sugestão: Use a estrutura cristalina do NaCl, e suponha que os ânions e cátions estão se tocando apenas ao longo das arestas do cubo e através das diagonais das faces. 13.5 Com base nas cargas iônicas e nos raios iônicos, estimar as estruturas cristalinas para os seguintes materiais: (a) CsI (b) NiO (c) KI (d) NiS Justifique as suas seleções. 13.9 A estrutura cristalina da blenda de zinco é uma que pode ser gerada a partir de planos de ânions densamente compactados. (a) A estrutura de empilhamento para essa estrutura será CFC ou HC? Por quê? (b) Os cátions irão preencher posições tetraédricas ou octaédricas? Por quê? (c) Qual a fração das posições será ocupada? 13.12 O silicato de magnésio, Mg2SiO4, se forma na estrutura cristalina olivina, que consiste em um arranjo HC de íons O2-. (a) Qual o tipo de sítio intersticial que os íons Mg2+ irão ocupar? Por quê? (b) Qual o tipo de sítio intersticial que os íons Si4+ irão ocupar? Por quê? (c) Qual fração da totalidade dos sítios tetraédricos será ocupada? (d) Qual fração da totalidade dos sítios octaédricos será ocupada?