INSTITUTO DE FÍSICA- INFI

Transcrição

1 N o do Candidato: Exame de Seleção Programa de Pós-Graduação em Ciência dos Materiais INSTRUÇÕES GERAIS. 1. Este caderno de rova deve contém 20 questões de múltila escolha contendo 5 alternativas. 2. O candidato deve identificar sua folha de rova e a folha de resosta (ao final do caderno) através do número de candidato, fornecido elo fiscal de sala. 3. Provas não devidamente identificadas receberão nota zero. 4. A folha de resostas deve ser reenchida com caneta esferográfica azul ou reta. 5. Na correção da folha de resosta, será atribuída nota 0 (zero) às questões não assinaladas, que contiverem mais de uma alternativa assinalada, emenda ou rasura, ainda que legível. 6. O temo de rova é de 3 horas, incluindo o temo ara marcação da folha de resostas. 7. O início da rova será autorizado elo fiscal de sala. 8. O candidato oderá deixar a sala de rova aós 30 (trinta) minutos de seu início. 9. Os dois últimos candidatos devem deixar a sala juntos. 10. Durante a rova não será ermitida qualquer esécie de consulta ou comunicação entre os candidatos nem a utilização de livros, códigos, manuais, imressos ou anotações, relógios digitais, agendas eletrônicas, agers, telefones celulares, BIP, Walkman, gravador ou qualquer outro equiamento eletrônico. A utilização desses objetos causará eliminação imediata do candidato. 11. Os objetos essoais (celular, notebook, tablet entre outros) deverão ser desligados e mantidos desta forma durante a realização da rova. 12. Certifique se de entregar a folha de resosta ao final da rova ara o fiscal de sala. 13. O caderno de rova NÃO oderá ser levado elo candidato.

2 (1) Um objeto de ferro com volume de 55,845u 1m 3 ossui massa de 7,87 10 (u unidade de massa atômica). O ouro tem densidade de 3 kg kg/ m e massa atômica de 3. O mercúrio tem densidade de. Em condição normal de temeratura e ressão (CNTP) o ferro e o ouro são sólidos, mas o mercúrio é líquido. Nestas condições: 13,58 g / cm 3 3 I Se um cubo de ferro com volume de1m for colocado em um tanque com mercúrio ele afunda. II Se uma esfera de ouro com massa de for colocada em um tanque com mercúrio ela afunda. III Se um cubo de ferro com massa de forem colocados em um tanque com mercúrio, o cubo de ferro flutua e a esfera de ouro afunda. IV O cubo de ferro com massa de tem cerca de átomos. 200 g 5g 200 g e uma esfera de ouro com massa de a) Os itens I e III são verdadeiros. Os itens II e IV são falsos. b) Os itens I, II e III são verdadeiros. O item IV é falso. c) O item IV é verdadeiro. Os itens I, II e III são falsos. d) Os itens I e IV são falsos e os itens II e III são verdadeiros. 200 g (2) De acordo com a mecânica quântica ondulatória, cada elétron em um átomo é caracterizado or quatro arâmetros denominados de números quânticos. I O número quântico rincial II O número quântico azimutal n indica o número de rótons no núcleo atômico. ode assumir valores de 0, 1, 2, III Os valores ermitidos ara o número quântico de sin ms são e. IV O germânio é o elemento número 32 da tabela eriódica. Um elétron de um dos orbitais da sua última camada eletrônica oderá ter o seguinte conjunto de números quânticos: l = n = 4, 1, m l = -1, m s =+1/ 2 a) Todos os itens estão corretos. b) O item I é falso. Os itens II, III e IV são verdadeiros. c) O item IV é verdadeiro. Os itens I, II e III são falsos. d) Os itens I e IV são verdadeiros. Os itens II e III são falsos.. l 1/ 2 n 1. +1/ 2

3 (3) De acordo com a mecânica quântica ondulatória, cada elétron ocua um estado quântico bem definido. De acordo com esta teoria: I As letras K, L, M e N descrevem os orbitais,, d e. II O modelo atômico de Bohr, aesar de ultraassado, fornece corretamente o valor de energia do estado fundamental do átomo de hidrogênio. III Elétrons de valência de um átomo são aqueles que ocuam os orbitais eletrônicos mais externos. IV O Princíio de Exclusão de Pauli afirma que dois elétrons, mesmo muito distantes um do outro, não odem ter os mesmos números quânticos. a) Os itens I, II e III são verdadeiros. O item IV é falso. b) Os itens I e IV são verdadeiros. Os itens II e III são falsos. c) Os itens II e IV são verdadeiros. Os itens I e III são falsos. d) O item II é falso e os itens I, III e IV são verdadeiros. s f (4) O otencial de Lennard Jones foi roosto em 1924 e é um modelo matemático simles que descreve de maneira aroximada a interação entre duas artículas neutras (átomos ou moléculas). A artir deste otencial V é ossível determinar a força F entre as artículas. O gráfico abaixo aresenta um esboço deste otencial. σ V r = 4ε r σ e r m 12 σ r = ε r r 6 12 r 2 r são arâmetros convenientes. m m 6 onde r é a distância entre as artículas e ε,

4 I Para a força é negativa e as artículas se atraem. II A energia necessária ara searar as artículas é. III Quando o otencial é nulo. Quando r < σ r / σ =1 6ε r / σ = r m necessária ara searar as artículas é ε. IV Quando a força entre as artículas é de reulsão. Quando o r / σ =1 entre as artículas é nula e quando r / σ = 1,5 a) Os itens I, II e III estão corretos. O item IV está errado. b) O item I está correto. Os itens II, III e IV estão errados. c) Os itens I e II estão errados. Os itens III e IV estão corretos. d) Todos os itens estão certos. (5) Sobre as ligações interatômicas: otencial é mínimo. A energia r / σ = r m a força entre as artículas é de atração. a força I Ligação iônica é um tio de ligação química baseada na atração eletrostática de íons com cargas oostas. Em geral ocorre entre um átomo que ertence ao gruo dos metais e outro átomo que ertence ao gruo dos não metais. II A molécula de metano é um exemlo de ligação covalente. O átomo de carbono e os átomos de hidrogênio comartilham elétrons neste tio de ligação. III Na ligação metálica os elétrons de valência se desvencilham dos átomos e assam a vagar em todo o material, formando a nuvem eletrônica. Os átomos resultantes são íons ositivos CH 4

5 e constituem a rede cristalina do metal. É or isso que os metais são bons condutores elétricos. IV Nos gases inertes as ligações químicas que revalecem são de origem entre diolos elétricos formados or átomos. Estes diolos odem ser ermanentes ou induzidos. a) Os itens I e III são verdadeiros. Os itens II e IV é falso. b) Os itens II e IV são verdadeiros. Os itens I e III são falsos. c) Os itens I e IV são verdadeiros. Os itens II e III são falsos. d) Todos os itens são verdadeiros. (6) Materiais metálicos, cerâmicos e oliméricos são amlamente utilizados nos dias de hoje. Suas alicações estão diretamente relacionadas às suas roriedades químicas e físicas. Com relação à estrutura e às roriedades desses materiais, analise as afirmações a seguir. I. As roriedades dos materiais sólidos cristalinos deendem da sua estrutura cristalina, ou seja, da maneira ela qual os átomos, moléculas ou íons encontram se esacialmente disostos. II. Todos os materiais metálicos, cerâmicos e olímeros cristalizam se quando solidificam. Seus átomos se arranjam em um modelo ordenado e reetido, chamado estrutura cristalina. III. Os olímeros comuns de lásticos e borrachas ossuem elevada massa molecular, flexibilidade e alta densidade, comarável a outros materiais como o chumbo (11,3 g/cm^3). IV. Os materiais metálicos (Fe, Al, aço, latão) são bons condutores de eletricidade e de calor, resistentes e, em determinadas condições, deformáveis, enquanto os materiais cerâmicos (orcelana, cimento) são duros e quebradiços. a) Os itens I e II são verdadeiros. Os itens III e IV são falsos. b) Os itens I e IV são verdadeiros. Os itens II e III são falsos. c) Os itens II e III são verdadeiros. Os itens I e IV são falsos. d) Os itens I, III e IV são verdadeiros. O item II é falso. (7) Considere as afirmações a seguir sobre redes cristalinas: I. Num sistema cúbico, um lano e uma direção que tenham índices de Miller de mesmo valor são erendiculares.

6 II. Quando o índice de Miller de uma direção é igual a zero, essa direção é aralela ao eixo cristalográfico corresondente a esse índice. III. Quando o índice de Miller de um lano é igual a zero, esse lano é aralelo ao eixo cristalográfico corresondente a esse índice. IV O índice de Miller deende do raio atômico dos átomos da rede cristalina. a) Todas os itens são verdadeiros. b) Os itens I e II são verdadeiros. Os itens III e IV são falsos. c) Os itens I e III são verdadeiros. Os itens II e IV são falsos. d) Os itens II e III são verdadeiros. Os itens I e IV são falsos. (8) Ao incidir um feixe de raios X sobre um material amorfo não ocorre interferência construtiva. Por que? a) Porque os raios X são absorvidos elos átomos em um material amorfo. b) Porque o tamanho dos átomos de um material amorfo é maior que o comrimento de onda dos raios X. c) Porque o esaçamento atômico de um material amorfo é maior que o comrimento de onda dos raios X. d) Porque em um material amorfo não existe um ordenamento atômico regular de longo alcance. (9) Em um exerimento de difração de raio X or uma amostra, quais destes arâmetros afetam a POSIÇÃO dos icos no difratograma: a) Comrimento de onda do raio X e o tamanho da amostra. b) Comrimento de onda do raio X e o esaçamento entre os lanos de átomos. c) Tamanho da amostra e o gruo esacial da célula unitária. d) Tamanho da amostra e o número atômico.

7 (10) Qual dos fenômenos físicos abaixo não está relacionado com a difração de raio X através de um cristal? a) Esalhamento eletrônico. b) Plano cristalográfico. c) Interação nuclear. d) Interferência construtiva. (11) Em geral temos 4 tios de ligações interatômicas: Iônica, Covalente, Metálica e van der Walls. Além destas, temos misturas do tio: Covalente Iônica, Covalente Metálica e Metálica Iônica. É ossível fazer uma correlação entre o tio de ligação e o tio de material. Sejam três objetos, um de Metal, um de Plástico e um de Porcelana, odemos relacionar com os seguintes tios de ligação, resectivamente: a) Metálica, van der Walls, Metálica. b) Diolo Diolo, Iônica, Metálica. c) Covalente, Iônica, Metálica d) Metálica, Covalente, Iônica. (12) Dado os lanos cristalinos mostrados na figura abaixo Os resectivos índices de Miller são: a) e b) c) e e e d) 101

8 (13) Sobre as estruturas metálicas. I As estruturas metálicas que mais aarecem na natureza são: cúbica de coro centrado, cúbica de face centrada e hexagonal comacta. II A célula unitária de uma estrutura cúbica de face centrada tem sua aresta dada or, onde R é o raio atômico. III Os metais não tem estrutura cristalina. IV A estrutura mais comum nos metais é a cúbica simles. 4R / 2 a) Os itens I e II são verdadeiros. Os itens III e IV são falsos. b) O item IV é verdadeiro. Os itens I, II e III são falsos. c) Todos os itens são falsos. d) Todos os itens são verdadeiros a (14) Sabendo que os raios iônicos de Na+ e Cl são, resectivamente, 0,098 e 0,181 nm, a força de atração coulombiana, em N (Newton), no NaCl é de aroximadamente (considere K=9x10 9 N.m 2 /C 2 ) a) 1,61x10 19 c) 2,86x10 11 e) 3,22x10 12 b) 2,91x10 9 d) 2,98x10 9 (15) A figura abaixo mostra os 5 rimeiros icos do difratograma de raios X ara o tungstênio quando foi usada radiação monocromática com comrimento de onda 0,1542 nm. O menor esaçamento interlanar corresondentes ao segundo ico (~60 o ), é de APROXIMADAMENTE:

9 a) 0,0022 nm b) 0,0890 nm c) 0,0750 nm d) 0,9867 nm e) 0,1542 nm (16) A energia otencial líquida EL entre dois íons adjacentes são algumas vezes reresentada ela exressão: onde r reresenta a searação entre os íons e C, D e ρ são constantes cujos valores deendem do material esecífico. Deduza uma exressão ara a força de interação. a)f = D ρ e r 0 b)f = C + D r 2 ρ e r d)f = C r 2 De r 0 e)f = C r De r 0 c)f = C D r ρ e r 0 (17) O fator de emacotamento atômico ara uma célula unitária CFC é dada or: a) 0,55 b) 0,37 c) 2,04 d) 1,48 e) 0,74

10 (18) Com relação às ossíveis configurações eletrônicas, ou ainda, a ocuação dos níveis de energia no átomo or elétrons, seria INCORRETO afirmar: (a) O Princíio de exclusão de Pauli estiula que cada estado eletrônico indicado or n, l, ml não ode ossuir mais que dois elétrons. (b) O nível de energia mais baixo ossível ocuado or um elétron é conhecido como estado fundamental. (c) Elétrons de valência são aqueles que ocuam o nível de energia mais interno no átomo e or isso são fracamente ligados, or esta razão não odem articiar das ligações atômicas. (d) Átomos que não ossuem a camada de valência totalmente reenchida, odem adquirir uma configuração eletrônica estável ganhando ou erdendo elétrons. ( (19) Os icos de difração identificados (h,k,l) na figura abaixo são de um metal CFC. Sendo o comrimento de onda da radiação utilizada ara difração do K do Cu = 0,1542 nm, e utilizando a tabela abaixo, o arâmetro de rede a é igual a: a) 0,24 nm b) 0,41 nm c) 0,81 nm d) 0,14 nm e) 0,21 nm

11 (20) Os índices de Miller ara os lanos cristalinos mostrados nas células abaixo são, resectivamente: a) (100), (120), (122) b) (222), (210), (111) c) (110), (111), (111) d) (100), (110), (011) e) (100), (110), (111)