Programa de Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais 2º semestre de Informações e instruções para a resolução da prova

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1 Programa de Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais 2º semestre de 2014 Informações e instruções para a resolução da prova 1. A prova deve ser realizada sem consulta; 2. A duração da prova é de 3 (três) horas; 3. É permitido o uso de calculadora; 4. Não é permitida a utilização de telefone celular como calculadora. Os telefones celulares devem estar desligados e dentro de bolsas ou mochilas; 5. A prova deverá ser feita inteiramente neste caderno. Não será permitido o uso de folhas extras, nem destacar as folhas deste caderno; 6. Após o início da prova, é proibida a saída da sala, a menos que a prova seja entregue e dada por terminada. Portanto, não será permitido fumar ou atender celular; 7. Atenção: conferir nome e o número de inscrição no alto desta página. Na primeira página interna, deve constar somente o número de inscrição; 8. A primeira parte da prova é constituída de 10 (dez) questões objetivas e é obrigatória e eliminatória. A segunda parte da prova é classificatória, e deverá ser preenchida apenas pelos candidatos interessados em constar na lista de espera para bolsas do Programa; 9. Os alunos regulares que realizarão a prova para fins de reclassificação, deverão resolver a segunda parte da prova e poderão, caso queiram melhorar a média final, realizar também a primeira parte da prova; 10. Esta folha será destacada e mantida separadamente das demais folhas desta prova. A correção da prova será realizada apenas pelo número de inscrição do candidato. Assinatura do candidato

2 1 a parte 1- O ouro forma uma solução sólida substitucional com a prata. Calcule o número de átomos de ouro por centímetro cúbico para a liga prata-ouro que contém 10% em massa de Au e 90% em massa de Ag. a) 3,36 x átomos/cm 3 b) 6,72 x átomos/cm 3 c) 5,46 x átomos/cm 3 d) 6,72 x átomos/cm 3 e) 3,36 x átomos/cm 3 2- Calcule o coeficiente de difusão para o cobre no alumínio a 500ºC. a) 3,72 x m 2 /s b) 4,15 x m 2 /s c) 5,52 x m 2 /s d) 4,20 x m 2 /s e) 1,74 x m 2 /s 3- Calcule os percentuais de caráter iônico das ligações interatômicas dos seguintes compostos: TiO 2, CsCl e MgCl 2. TiO 2 CsCl MgCl 2 a) 63,2 % 71,2 % 63,2 % b) 63,2 % 73,4 % 55,5 % c) 71,2 % 62,4 % 63,2 % d) 63,2 % 71,2 % 43,8 % e) 55,3 % 73,4 % 55,5 % 1

3 4- A célula unitária para o estanho possui uma simetria tetragonal, com os parâmetros de rede a e b valendo 0,583 e 0,318 nm, respectivamente. Calcule o fator de empacotamento atômico. a) 0,467 b) 0,801 c) 0,534 d) 0,593 e) 0, Para qual conjunto de planos cristalográficos irá ocorrer um pico de difração de primeira ordem em um ângulo de difração de 46,21º para o Ferro CCC quando for usada radiação monocromática com comprimento de onda de 0,0711 nm? a) (001) b) (100) c) (111) d) (211) e) (310) 6- Tanto o cobre como a platina possuem estrutura cristalina do tipo CFC, e o cobre forma uma solução sólida substitucional para concentrações com até aproximadamente 6% em massa de Cu à temperatura ambiente. Calcule o comprimento da aresta para a célula unitária de uma liga que contém 95% em massa de Pt e 5% em massa de Cu. a) 0,4244 nm b) 0,4768 nm c) 0,2582 nm d) 0,2829 nm e) 0,3883 nm 2

4 7- A concentração de carbono em uma liga ferro-carbono é de 0,15% em massa. Qual é a concentração em quilogramas de carbono por metro cúbico de liga? a) 10,2 kg/m 3 b) 11,8 kg/m 3 c) 8,9 kg/m 3 d) 14,3 kg/m 3 e) 9,7 kg/m 3 8- A energia de ativação para a difusão do carbono no cromo é de 111,0 kj/mol. Calcule o coeficiente de difusão a 1100 K, sabendo-se que D a 1400 K é de 6,25 x m 2 /s. a) 4,6 x m 2 /s. b) 3,8 x m 2 /s. c) 5,1 x m 2 /s. d) 3,5 x m 2 /s. e) 4,2 x m 2 /s. 9- O metal rubídio possui uma estrutura cristalina do tipo CCC. Se o ângulo de difração para o conjunto de planos (321) ocorre a 27,00º (reflexão de primeira ordem) quando é usada radiação X monocromática com comprimento de onda de 0,0711 nm, calcule o raio atômico para o átomo de rubídio. a) 0,2468 nm b) 0,2862 nm c) 0,1523 nm d) 0,5700 nm e) 0,3838 nm 3

5 10- A figura abaixo representa a célula unitária de um metal hipotético. Indique quais são os índices direcionais do vetor indicado. a) [020] b) [112] c) [012] d) [221] e) [011] 4

6 2ª parte 1) A figura abaixo representa a célula unitária para um material hipotético. Calcule a densidade deste material, dado que seu peso atômico é de 141,0 g/mol. 5

7 2) Os coeficientes de difusão para o Ferro no Níquel são dados a duas temperaturas diferentes. T (K) D (m 2 /s) ,4 x ,4 x a) Determine os valores de D 0 e da energia de ativação Q d b) Qual a magnitude de D a 875ºC. 6

8 3) O carbono se difunde através de uma placa de aço com 15 mm de espessura. As concentrações de carbono nas duas faces são de 0,65 e 0,30 kg C/m 3 Fe, e são mantidas constantes. Se a constante pré-exponencial e a energia de ativação são 6,2 x 10-7 m 2 /s e 80,0 kj/mol, respectivamente, calcule a temperatura na qual o fluxo de difusão é de 1,43 x 10-9 kg/m 2.s. 7

9 4) O nióbio forma uma solução sólida substitucional com o vanádio. Calcule a porcentagem em peso do nióbio que deve ser adicionada ao vanádio para produzir uma liga que contenha 1,55 x10 22 átomos de Nb por centímetro cúbico. 8

10 5) A qual temperatura, aproximadamente, uma amostra de ferro γ teria que ser carbonetada por 2 horas para produzir o mesmo resultado de difusão que a C por 15 horas? 9

11 Tabela 1. 10

12 Tabela 2. 11

13 Valores para a função de erro 12

14 Constantes, fatores de conversão, etc: Densidade do carbono (grafite) = 2,25 g/cm 3 Densidade do cobre = 8,94 g/cm 3 Densidade do ferro = 7,87 g/cm 3 Densidade do germânio = 5,32 g/cm 3 Densidade da platina = 21,45 g/cm 3 Densidade do nióbio = 8,57 g/cm 3 Densidade do silício = 2,33 g/cm 3 Densidade do ouro = 19,32 g/cm 3 Densidade da prata = 10,49 g/cm 3 Densidade do vanádio = 6,10 g/cm 3 Densidade do lítio = 0,54 g/cm 3 Densidade do estanho = 7,30 g/cm 3 Densidade do paládio = 12,02 g/cm 3 Densidade do alumínio = 2,70 g/cm 3 Densidade do cromo = 7,10 g/cm 3 Densidade do níquel = 8,91 g/cm 3 Densidade do rubídio = 1,53 g/cm 3 R=0, L atm K -1 mol -1 ou 1,987 cal/mol-grau ou 8,31441 J mol -1 K -1 N Avogadro = 6,023 x átomos/mol Permissividade do vácuo ϵ 0 = 8,85 x F/m. Carga do elétron e = 1,602 x C. 13

15 14

16 Valores de Eletronegatividade 15