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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.

  • 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

  • 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)

  • 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)

  • 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.