Exercícios Ciencia e Tecnologia dos Materiais

CIÊNCIA E TECNOL MATERIAIS Exercícios de revisão 270925 Prof Ion Willer Dos Santos 1 0 pontos Calcule a massa em gramas de um átomo de cobre DESCONSIDERAR não tratamos a base para a resposta 2 0 pontos A folha de alumínio utilizada na preservação de alimentos pesa em torno de 00465gcm2 Quantos átomos estão contidos em um centímetro quadrado desta folha Al27u 1 041021 átomos 3 0 pontos Calcule o volume em centímetros cúbicos ocupados por um mol de boro B23gcm3 e 1081u 4 7 cm3mol 4 0 pontos Para se revestir uma peça de aço área superficial 129cm2 com uma camada de níquel de 0005 cm de espessura a Quantos átomos de níquel são necessários Dados d89gcm3 e 587gmol 61020 tomos 5 0 pontos Calcule as dimensões de a um cubo que contém 1 mol de cobre Dados Cu 6355gmol d893gcm3 Pb 2072gmol d 1134gcm3 a 1 92 cm 6 0 pontos Um mol de MgO sólido ocupa um cubo de 2237 mm de lado Calcule a densidade do MgO em gcm3 Mg243u O16u 3 6 gcm3 7 0 pontos Explique porque o ponto de ebulição do HF é maior que o ponto de ebulição do HCl 194C versus 85C embora o massa molecular do HF seja menor Existe uma ligação direta da massa molecular e o ponto de ebulição Porém o tipo de ligação é mais efetivo No HF há ligação de hidrogênio que apresenta maior força de atração que o dipolodipolo do HCl 8 0 pontos Observando o diagrama de energia interna x distância interatômica res ponda a Qual o material tem maior ponto de fusão a ou b Material a pois sua energia de atração é maior que em b 9 0 pontos Se o raio do alumínio CFC é de 0143 nm calcule o volume da célula unitária em metro cúbico 6 621029 m3 10 0 pontos Mostre que para a estrutura cristalina CCC o comprimento da aresta da célula unitária a e o raio atômico R estão relacionados através da expressão a 4R 3 Resolução direta a partir da definição CIÊNCIA E TECNOL MATERIAISExercícios de revisão Pág 2 de 2 270925 11 0 pontos O ferro possui uma estrutura cristalina CCC um raio atômico de 0124nm e massa molar de 5585gmol Calcule e compare a sua densidade com o valor encontrado na literatura 7 896 gcm3 12 0 pontos O Polônio é o único metal que solidifica em estrutura cúbica simples CS Pedese Desenhe a estrutura CS e calcule a relação entre o parâmetro de rede da célula unitária a e o raio R nesta estrutura O polônio possui massa molar 20898 gmol e raio atômico 168x108 cm calcule sua densidade Não responder concentramonos em CCC CFC e HC 13 0 pontos 14 0 pontos O potássio tem estrutura CCC Sua densidade é de 0855gcm3 e sua massa molar é de 3909gmol Calcule o raio atômico do potássio 2 311010 m CIÊNCIA E TECNOL MATERIAIS Exercícios de revisão 270925 Prof Ion Willer Dos Santos 1 0 pontos Calcule a massa em gramas de um átomo de cobre 2 0 pontos A folha de alumínio utilizada na preservação de alimentos pesa em torno de 00465gcm2 Quantos átomos estão contidos em um centímetro quadrado desta folha Al27u 3 0 pontos Calcule o volume em centímetros cúbicos ocupados por um mol de boro B23gcm3 e 1081u 4 0 pontos Para se revestir uma peça de aço área superficial 129cm2 com uma camada de níquel de 0005 cm de espessura a Quantos átomos de níquel são necessários Dados d89gcm3 e 587gmol 5 0 pontos Calcule as dimensões de a um cubo que contém 1 mol de cobre Dados Cu 6355gmol d893gcm3 Pb 2072gmol d 1134gcm3 6 0 pontos Um mol de MgO sólido ocupa um cubo de 2237 mm de lado Calcule a densidade do MgO em gcm3 Mg243u O16u 7 0 pontos Explique porque o ponto de ebulição do HF é maior que o ponto de ebulição do HCl 194C versus 85C embora o massa molecular do HF seja menor 8 0 pontos Observando o diagrama de energia interna x distância interatômica res ponda a Qual o material tem maior ponto de fusão a ou b 9 0 pontos Se o raio do alumínio CFC é de 0143 nm calcule o volume da célula unitária em metro cúbico 10 0 pontos Mostre que para a estrutura cristalina CCC o comprimento da aresta da célula unitária a e o raio atômico R estão relacionados através da expressão a 4R 3 11 0 pontos O ferro possui uma estrutura cristalina CCC um raio atômico de 0124nm e massa molar de 5585gmol Calcule e compare a sua densidade com o valor encontrado na literatura 12 0 pontos O Polônio é o único metal que solidifica em estrutura cúbica simples CS Pedese Desenhe a estrutura CS e calcule a relação entre o parâmetro de rede da célula unitária a e o raio R nesta estrutura O polônio possui massa molar 20898 gmol e raio atômico 168x108 cm calcule sua densidade 13 0 pontos 14 0 pontos O potássio tem estrutura CCC Sua densidade é de 0855gcm3 e sua massa molar é de 3909gmol Calcule O raio atômico do potássio 1 mol Avogadro NA 602214076 1023 mol1 1 Massa em gramas de um átomo de cobre Ideia simples um mol de cobre tem 6355 gramas e contém 6022 1023 átomos Então a massa de um átomo massa do mol Avogadro Cálculo mátomo Cu 6355 gmol 602214076 1023 átomosmol 105527 1022 g Resposta 106 1022 g aprox 2 Quantos átomos em 1 cm2 de folha de alumínio que pesa 00465 gcm2 usei MAl 27 gmol Ideia simples 1 cm2 pesa 00465 g quantos mols isso é quantos átomos são esses Passos nº de mols n 00465 g 27 gmol 000172222 mol nº de átomos N n NA 000172222 602214076 1023 1037 1021 átomos Resposta 104 1021 átomos em 1 cm2 ou seja um centímetro quadrado dessa folha tem mais de um quintilhão de átomos muuuuuitas bolinhas 3 Volume ocupado por 1 mol de boro dados d 23 gcm3 e M 1081 gmol Ideia massa de 1 mol 1081 g Volume massa densidade V 1081 g 23 gcm3 470 cm3 Resposta 470 cm3 4 Revestir peça área 129 cm2 espessura 0005 cm Quantos átomos de níquel d 89 gcm3 MNi 587 gmol Ideia volume da camada área espessura massa volume densidade mols massamassa molar átomos mols NA Passos Volume V 129 0005 000645 cm3 Massa m V d 000645 89 0057405 g Mols n 0057405 587 97794 104 mol Átomos N n NA 97794 104 6022 1023 589 1020 Resposta 589 1020 átomos de Ni 5 Dimensões de um cubo que contém 1 mol de cobre faça também para Pb Ideia 1 mol tem massa massa molar Volume massa densidade Como queremos um cubo lado cúbico do volume Para Cu M 6355 gmol d 893 gcm3 V 6355 893 711646 cm3 lado a ³711646 192348 cm Para Pb M 2072 gmol d 1134 gcm3 V 2072 1134 182716 cm3 lado a ³182716 263386 cm Respostas Cu lado 1923 cm Pb lado 2634 cm Imagine encher um cubo com as bolinhas que formam 1 mol o cubo do cobre é menor que o do chumbo porque o chumbo tem mais massa por mol 6 Densidade do MgO sabendo que 1 mol ocupa um cubo de lado 2237 mm Mg243 O16 Ideia converter lado para cm achar volume massa de 1 mol 243 16 403 g densidade massavolume lado 2237 mm 2237 cm Volume 22373 1119432605 cm3 Massa 403 g Densidade 403 1119433 36000 gcm3 Resposta 360 gcm3 7 Por que HF tem ponto de ebulição maior que HCl 194 C vs 85 C mesmo tendo massa molecular menor Explicação bem simples estilo criança As moléculas são como bolinhas que podem grudar umas nas outras No HF o átomo de flúor é muito eletronegativo puxa a nuvenzinha de elétrons com força então o H ligado ao F fica com uma carga parcial positiva e forma ligação de hidrogênio com um átomo F de outra molécula é como dois imãs muito fortes colando as moléculas Essas ligações exigem muita energia para quebrar então é preciso aquecer mais para virar vapor ebulir No HCl a ligação HCl é menos polar e os grudinhos entre moléculas são fracos forças de Van der Waals então o HCl evapora mais fácil ponto de ebulição muito menor 8 Observando um diagrama energia interna distância interatômica qual material tem maior ponto de fusão a ou b Resposta em geral modo criança O material que tem o poço de energia mais profundo isto é onde as moléculasátomos ficam mais agarradinhos energia mínima mais baixa e curvatura maior no mínimo precisa de mais energia para separar os átomos tem maior ponto de fusão Portanto entre a e b aquele cujo mínimo do gráfico é mais profundo e mais estreito tem o maior ponto de fusão Como uma regra mais profundidade ligações mais fortes maior temperatura para derreter 9 Se o raio do alumínio CFCFCC é 0143 nm calcule o volume da célula unitária em m3 Fórmula FCC a 22 R Volume da célula a3 Cálculo R 0143 nm 0143 109 m 143 1010 m a 22 R 2 141421356 143 1010 404465 1010 m Volume V a3 404465 10103 66167 1029 m3 Resposta Vcélula 662 1029 m3 10 Mostre que para CCC BCC o comprimento da aresta a e o raio atômico R estão relacionados por a 4R 3 Demonstração simples Na estrutura Cúbica de Corpo Centrado CCC BCC os átomos que se tocam ficam ao longo da diagonal do corpo do cubo do canto ao canto através do centro O comprimento dessa diagonal é 3 a porque em 3D a diagonal do cubo tem esse comprimento Ao longo dessa diagonal há quatro raios que se tocam do canto átomo no canto passa pelo átomo central até o canto oposto portanto diagonal do corpo 4R Igualando 3 a 4R a 4R 3 Explicação infantil imagine uma régua passando do canto de um cubo até o canto oposto nela cabem 4 metades de bolas ou seja 4 raios 11 Ferro CCCBCC raio R 0124 nm massa molar 5585 gmol Calcule a densidade e compare com a literatura Passos Para BCC a 4R 3 Com R 0124 nm 124 10¹⁰ m a 286366 10¹⁰ m Volume da célula V a³ 234835 10²⁹ m³ 234835 10²³ cm³ multiplicar por 10⁶ para converter m³cm³ Átomos por célula BCC 2 Massa por célula 2 5585 gmol NA 1854 10²² g Densidade ρ massa célula volume célula 1854 10²² 234835 10²³ 7898 gcm³ Resposta ρ 790 gcm³ Comparação A densidade tabulada do ferro ferrugliaferro puro ao ambiente fica em torno de 787790 gcm³ dependendo da fontetemperatura Nosso resultado 790 gcm³ está muito próximo boa concordância diferenças pequenas vêm de valores arredondados do raio atômico usado 12 Polônio estrutura cúbica simples SC Desenhe calcule relação entre a e R Dados M 20898 gmol R 168 10⁸ cm Desenho em texto Na cúbica simples as bolinhas átomos ficam somente nos 8 cantos do cubo Cada canto contribui com 18 de átomo à célula 1 átomo por célula ao todo Relação geométrica Na cúbica simples os átomos tocam pelos lados aresta então a aresta a 2R Cálculos de densidade a 2R 2 168 10⁸ cm 336 10⁸ cm Volume da célula V a³ 336 10⁸³ 37933056 10²³ cm³ Massa por célula 1 20898 gmol NA 3469 10²² g Densidade ρ 3469 10²² 37933 10²³ 9148 gcm³ Resposta a 2R ρpo 915 gcm³ 14 Potássio CCCBCC Dado densidade ρ 0855 gcm³ massa molar M 3909 gmol Calcule o raio atômico Ideia para BCC temos ρ 2M NA a³ a³ 2M NA ρ e R a3 4 Cálculo a³ 2 3909 602214076 10²³ 0855 151837 10²² cm³ a 151837 10²²13 533490 10⁸ cm 053349 nm R a3 4 231008 10⁸ cm 023101 nm 2310 pm Resposta RK 0231 nm 231 pm