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Julian A. Coelho
Engenharia Mecnica Tuma A 3 Perodo
Capitulo 2 Modelos Atmicos
1) 01) Diga qual a diferena entre massa atmica e peso
atmico?
Massa atmica a soma do nmero de prtons e nutrons no ncleo de um
tomo. Peso
Atmico (eu massa atmica relativa) de um elemento o nmero de
vezes que um tomo daquele elemento mais pesado que um tomo de
hidrognio. O peso atmico do hidrognio tomado como sendo a
unidade.
2) Defina o conceito de mol e, uma vez definido, calcule quantos
mols existem em 200kg de Fe.
Mol (constante de avogadro), uma constante que se multiplicarmos
pela massa de um tomo,
o produto resultante vai ser a massa do tomo expressa em gramas.
preciso juntar 6,02x10
tomos de um elemento para que sua massa em unidades de massa
atmica seja expressa em
gramas.
Ex: 200kg de Fe/1 mol de Fe = 55,845g = 3.581,34 mols
3) Explique o que se compreende como orbitais quantizados e
nveis discretos de energia.
Com base no estudo do espectro atmico do hidrognio, espectro
descontnuo, Niels Bohr
formulou o seu modelo para o tomo de hidrognio, que admitiu: O
eltron gira volta do
ncleo, descrevendo rbitas circulares. O raio das rbitas no
possui valores aleatrios, ou seja,
no pode tomar um valor qualquer, mas sim um valor mltiplo do
quadrado de um nmero
inteiro n, sendo por isso quantificado, o que implica que a
energia do eltron no pode ter um
valor qualquer, sendo tambm quantificada. Enquanto o eltron
percorre determinada rbita,
no absorve nem emite energia. Quando o eltron absorve energia,
transita de uma rbita mais
interna para uma rbita mais externa.
4) Se o eltron possui massa, raio e carga eltrica fundamental, o
eltron uma partcula ou uma
onda? Discuta com base no postulado de Broglie. Toda a matria
apresenta caractersticas tanto ondulatrias como corpusculares
comportando-se de um ou outro modo dependendo do experimento
especfico. 5) Com base na figura abaixo, discuta o efeito da
densidade de probabilidade |y|2.
A densidade de probabilidade especificada por 3 nmeros qunticos.
O nmero quntico primrio, azimutal e o momento de spin. Para cada
nmero quntico atribudo lugar em que se h uma densidade de
probabilidade maior. Pelo lado esquerdo vemos o modelo de Bohr,
onde diz que o eltron se encontra em uma distncia bem especfica em
relao ao ncleo. J no lado direito vemos o modelo da
mecnica-ondulatrio, onde o eltron no possui uma posio especifica
mais uma probabilidade de ser encontrada em uma determinada
localizao.
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6) Fornea as configuraes eletrnicas dos seguintes ons: Fe2+,
Fe3+, Cu+, Ba2+, Br-, S2-. Fe2+ = 1s2s2p63s3p64s3d5 Ba2+ =
1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6
Fe+3 = 1s2s2p63s3p63d5 Br- = 1s22s22p63s23p63d104s24p6 Cu+ =
1s22s22p63s23p63d10 S = 1s22s22p63s23p6
07) Explique o que ocorre nos dois grficos a seguir,
considerando: a) r > r0; b) r = r0; c) r < r0. r > r0 -
Consideremos um par de ons de cargas opostas, por exemplo, o par
Na+ Cl-, que se aproximam um do outro a partir de uma grande
distncia r. A medida que os ons se aproximam um do outro, so
mutuamente atrados pelas foras de Coulomb, isto e, o ncleo de um on
atrai a nuvem eletrnica do outro e vice-versa. r < r0 - Quando
os ons se aproximam ainda mais um do outro, haver eventualmente
interaes
entre as respectivas nuvens eletrnicas, o que origina foras
repulsivas. r = r0 - Quando as foras atrativas igualarem-se as
foras repulsivas, no haver nenhuma forca global entre os ons e
estes estaro a uma distncia de equilbrio, a distncia r0, a forca
total entre um par de ons de cargas opostas e igual a soma das
foras atrativas e repulsivas. 08) Seja EL a energia resultante
entre a energia de atrao e repulso de tomos e eltrons:
EL=
+
Onde A e B so constantes de atrao e repulso, r a distncia
interatmica e n o nmero
quntico principal. Dessa forma, determine E0 e r0, tal que a
energia seja mnima.
EL=1 + = 2 1 0 = 2 1 =
1
EL0=
1+
1
Capitulo 3 - Estruturas Cristalinas
01) Diga qual a diferena entre estrutura atmica e estrutura
cristalina. Estrutura atmica Composto por tomos, molculas ou ons
que no apresentam uma ordenao de longo alcance. Podem apresentar
ordenao de curto alcance Estrutura Cristalina Composto por tomos,
molculas ou ons arranjados de uma forma
peridica em trs dimenses. As posies ocupadas seguem uma ordenao
que se repete por
grandes distncias atmicas (de longo alcance).
02) Se o raio atmico do alumnio de 0,143 nm, calcule o volume de
sua clula unitria. (4.R)2= a2+a2 a= 2.R.2 aAl = 2.RAl.2=
2.(0,143.10-9).2 aAl = 0,40.10-9m VAl= aAl3= 0,40.10-93= 6,6.10-29m
VAl= 6,62.10-29m3
03) Mostre que para a estrutura cristalina CCC, o comprimento da
aresta da clula unitria a e o raio atmico R esto relacionados
atravs da expresso a = 4R/(3)1/2.
2 = 2 + 2 2 = 22 = 22 = 2
42 = 2 + 22
42 = 22 + 2 42 = 32 4 = 32 4 = 3 =4
3
a = 4
3
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04) Mostre que: a) o fator de empacotamento da estrutura
cristalina CCC vale 0,68 b) o fator de empacotamento da estrutura
cristalina CFC vale 0,74 c) o fator de empacotamento da estrutura
cristalina HC vale 1,633
() =
a) CCC 2 tomos por clula unitria, parmetro cristalino = 4
3
FEA = 2((43)/3)
(4/3)3 =
2(4/3)
(4/3)3 = 0,68
b) CFC 4 tomos por clula unitria, parmetro cristalino = 4
2
FEA= 4(43/3)
(4/2)3 = 0,74
c) HC 6 tomos por clula unitria, parmetro cristalino = c/a =
8
3= 1,633
Vcelula=Abase.Altura=Ahexagono.c=6.Atriang.c
= 6.4
33 = 83
triang=.
2=
.3
2
2= 2.
3
4
Acelula=623
46. 2
3
4
8
332332. 83
FEA= 83
32.83 =
32 = 0,74
05) O Fe possui uma estrutura cristalina CCC (em temperatura
ambiente), um raio atmico de 0,124 nm e um peso atmico de 55,85
g/mol. Calcule a sua densidade, sabendo que seu valor
experimental vale 7,87 g/cm3.
=
=
255,85
0,02346,02= 7,90/3
n = 2 nmero de tomos da clula unitria a = 55,85 peso atmico Vc =
0,023483517 Volume da clula unitria
NA= 6,02 x 1023 Nmero de Avogadro 6) Calcule o raio de um tomo
de irdio, dado que o Ir possui uma estrutura CFC, uma densidade de
22,4 g/cm3 e um peso atmico de 192,2 g/mol.
= (
162)
13
(4.192,2
2. 16.22,4.6,0231023)
13
= 1,36108 0,136
07) Desenhe uma clula unitria ortorrmbica, e dentro desta clula
represente uma direo
[121] e um plano (210). [121] ; (210)
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8) Dentro de uma clula unitria cbica, esboce as seguintes
direes: (a) [110]; (b) [121]; (c) [012]; (d) [133]; (e) [111]; (f)
[122]; (g) [123]; (h) [103].
09) Calcule e compare as densidades lineares das direes [110] e
[111] para a estrutura cristalina CFC.
=
DL [110] = 4
4= 1 DL [111] =
2
24= 0,41
10) Calcule e compare as densidades planares das direes (100) e
(110) para a estrutura
cristalina CCC.
=
(100) DP= 2 : 162
3 = 0,59
(110) DP=22
= 0,83 a=(
42
3. 2).
42
3=
162
3. 2 7,54
11) Determine os ndices de Miller para os planos mostrados nas
clulas unitrias abaixo.
Plano A: ( 0 2/3 ) = (4 0 3) Plano B: (-1 -1 ) = (1 1 2)
Plano A = ( 2/3 0 ) = (3 0 4)
Plano B = ( 1) = (2 2 1)
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12) O irdio possui estrutura cristalina CFC. Se o ngulo de
difrao para o conjunto de planos
(220) ocorre a 69, 22 (reflexo de 1 ordem) quando usada radiao
monocromtica com
comprimento de onda de 0,1542 nm, calcule:
(a) o espaamento interplanar para este conjunto de planos e; (b)
o raio atmico do irdio.
= 2
=0,1542
2.(34,61) = =
0,1542
1,13= 0,1357
=
2 + 2 + 2
22
2 + 2 + 2
=2 + 2 + 2
22
0,135722+22 + 02
22=
0,13578
22= 0,1357
13) Em um difratograma de raios-X do ferro a, utilizando uma
radiao monocromtica de 0,1542 nm, cada pico de difrao no padro foi
indexado conforme os dados a seguir: (110) em 43,67, (200) em 65,97
e (211) em 82,17. Calcule o espaamento interplanar para cada
conjunto de planos que foi indexado; determine tambm o parmetro de
rede do ferro para cada um dos picos.
Captulo 04 Difuso 01) Explique de forma clara, sucinta e de
acordo com a teoria, a diferena entre autodifuso e interdifuso.
AUTODIFUSO - difuso de tomos de um elemento.
INTERDIFUSO - difuso de tomos de elementos diferentes. 02)
Explique de forma clara, sucinta e de acordo com a teoria o
conceito de estado estacionrio e sua aplicabilidade difuso. A
difuso um processo que depende do tempo, isto , em um sentido
macroscpico, a quantidade de um elemento que transportado no
interior de outro elemento uma funo do
tempo. Se o fluxo difusivo no variar ao longo do tempo, existe
uma condio de estado estacionrio. Um exemplo comum de difuso em
estado estacionrio adifuso dos tomos de um gs atravs de uma placa
metlica para a qual as concentraes (ou presses) do componente em
difuso em ambas as superfcies da placa so mantidas constantes. 04)
Uma chapa de ferro com estrutura cristalina CCC e 1,00 mm de
espessura est exposta a uma atmosfera gasosa carbonetante por um
dos seus lados e descarbonetante pelo outro lado. A temperatura de
725C. Aps ter atingido uma condio de estado estacionrio, o ferro
foi
rapidamente resfriado temperatura ambiente. As concentraes de
carbono nas duas superfcies da chapa foram determinadas como sendo
0,012 e 0,0075%p. Calcule o coeficiente de difuso, sabendo que o
fluxo de difuso vale 1,40.10-8 kg/m2.s. 08) Dos tipos de nitretao
existentes, os principais so dois: nitretao gasosa e nitretao
plasma. Com base em artigoscientficos, explique de maneira geral
acerca dos dois processos, e explique porque o processo de nitretao
plasma melhor em relao ao processo gasoso, do
ponto de vista de eficincia em nitretao e tempo de
tratamento.
