Perguntas e Respostas das Secoes de Verificacao de Conceitos

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<p>Verificação de Conceitos</p><p>Perguntas e Respostas</p><p>• 1</p><p>Capítulo 2</p><p>Estrutura atômica e ligação Interatômica</p><p>Verificação de Conceitos 2.1</p><p>Pergunta: Por que, em geral, os pesos atômicos dos elementos não são números inteiros? Cite duas</p><p>razões.</p><p>Resposta: Os pesos atômicos dos elementos não são, em geral, números inteiros porque: (1) as massas</p><p>atômicas dos átomos normalmente não são números inteiros (à exceção de 12C) e (2) o peso atômico</p><p>é calculado como a média ponderada das massas atômicas dos isótopos naturais de um átomo.</p><p>Verificação de Conceitos 2.2</p><p>Pergunta: Dê as configurações eletrônicas para os íons Fe3+</p><p>e S2–.</p><p>Resposta: O íon Fe3+ é um átomo de ferro que perdeu três elétrons. Uma vez que a configuração ele-</p><p>trônica do átomo de ferro é 1s22s22p63s23p63d64s2 (Tabela 2.2), a configuração para o íon Fe3+ é</p><p>1s22s22p63s23p63d5.</p><p>O íon S2– é um átomo de enxofre que ganhou dois elétrons. Uma vez que a configuração eletrô-</p><p>nica do átomo de S é 1s22s22p63s23p4 (Tabela 2.2), a configuração para S2– é 1s22s22p63s23p6.</p><p>Verificação de Conceitos 2.3</p><p>Pergunta: Explique por que os materiais ligados covalentemente são, em geral, menos densos que os</p><p>materiais ligados ionicamente ou por ligações metálicas.</p><p>Resposta: Os materiais ligados por ligações covalentes são menos densos do que os materiais com</p><p>ligações metálicas e com ligações iônicas porque as ligações covalentes são de natureza direcional,</p><p>enquanto as ligações metálicas e iônicas não o são; quando as ligações são direcionais, os átomos não</p><p>se agrupam de maneira tão compacta, resultando em uma menor densidade.</p><p>Capítulo 3</p><p>a Estrutura dos Sólidos Cristalinos</p><p>Verificação de Conceitos 3.1</p><p>Perguntas:</p><p>(a) Qual é o número de coordenação para a estrutura cristalina cúbica simples?</p><p>(b) Calcule o fator de empacotamento atômico para a estrutura cristalina cúbica simples.</p><p>Respostas:</p><p>(a) Para a estrutura cristalina cúbica simples. o número de coordenação (o número de átomos vizinhos</p><p>mais próximos) é seis. Isso está demonstrado na figura a seguir.</p><p>6</p><p>3</p><p>2</p><p>4</p><p>5</p><p>A</p><p>1</p><p>Considere o átomo identificado como A, que está localizado no vértice da célula unitária cúbica</p><p>simples ilustrada por meio de esferas reduzidas. Ele tem três vizinhos mais próximos localizados</p><p>nessa célula unitária, identificados como 1, 3 e 5. Além disso, os três átomos sombreados, identifica-</p><p>dos como 2, 4 e 6, também são átomos vizinhos mais próximos, que pertencem a células unitárias</p><p>adjacentes.</p><p>(b) O fator de empacotamento atômico é a razão entre o volume total de esferas e o volume da célula</p><p>unitária (Equação 3.3). Para o volume total de esferas, é necessário calcular o número de átomos</p><p>por célula unitária usando a Equação 3.2, observando que, para a estrutura cristalina cúbica simples,</p><p>existem oito átomos nos vértices, nenhum átomo nas faces e nenhum átomo no interior da célula,</p><p>isto é, Nv = 8 e Ni = Nf = 0. Portanto,</p><p>N = Ni +</p><p>Nf</p><p>2</p><p>+</p><p>Nv</p><p>8</p><p>= 0 + 0</p><p>2</p><p>+ 8</p><p>8</p><p>= 1 átomo/célula unitária</p><p>Verificação de Conceitos - Perguntas e Respostas • 3</p><p>Assim, o volume total das esferas em termos do raio atômico R é igual a</p><p>V = (1 átomo/célula unitária)E</p><p>4</p><p>3</p><p>pR3 = 4</p><p>3</p><p>pR3</p><p>Uma vez que a célula unitária é cúbica, seu volume é igual ao comprimento da aresta (a) elevado</p><p>ao cubo, isto é,</p><p>V = C a 3</p><p>E, uma vez que a = 2R,</p><p>V = C (2R)3 = 8R3</p><p>Finalmente, usando a Equação 3.3, o FEA é calculado conforme a seguir:</p><p>FEA =</p><p>VE</p><p>VC</p><p>=</p><p>4</p><p>3</p><p>pR3</p><p>8R3</p><p>= 0,52</p><p>Verificação de Conceitos 3.2</p><p>Pergunta: Qual é a diferença entre estrutura cristalina e sistema cristalino?</p><p>Resposta: Uma estrutura cristalina é descrita tanto pela geometria da célula unitária quanto pelos</p><p>arranjos dos átomos no interior da célula unitária, enquanto um sistema cristalino é descrito apenas</p><p>em termos da geometria da célula unitária. Por exemplo, as estruturas cristalinas cúbica de faces cen-</p><p>tradas e cúbica de corpo centrado são estruturas cristalinas que pertencem ao sistema cristalino</p><p>cúbico.</p><p>Verificação de Conceitos 3.3</p><p>Pergunta: Nos cristais cúbicos, à medida que os valores dos índices planares h, k e l aumentam, a dis-</p><p>tância entre planos adjacentes e paralelos (isto é, o espaçamento interplanar) aumenta ou diminui?</p><p>Por quê?</p><p>Resposta: O espaçamento interplanar entre planos adjacentes e paralelos diminui à medida que os valo-</p><p>res de h, k e l aumentam. Conforme os valores dos índices dos planos aumentam, a grandeza do deno-</p><p>minador na Equação 3.21 aumenta, com o resultado de que o espaçamento interplanar (dhkl) diminui.</p><p>Verificação de Conceitos 3.4</p><p>Pergunta: Os materiais não cristalinos exibem o fenômeno da alotropia (ou polimorfismo)? Por que</p><p>sim ou por que não?</p><p>Resposta: Os materiais não cristalinos não exibem o fenômeno da alotropia; uma vez que um mate-</p><p>rial não cristalino não tem uma estrutura cristalina definida, ele não pode ter mais que uma estru-</p><p>tura cristalina, que é a definição de alotropia.</p><p>Capítulo 4</p><p>Imperfeições nos Sólidos</p><p>Verificação de Conceitos 4.1</p><p>Pergunta: É possível que três ou mais elementos formem uma solução sólida? Explique sua resposta.</p><p>Resposta: Sim, é possível que três ou mais elementos formem uma solução sólida. Para três ou mais</p><p>elementos, são aplicáveis os mesmos critérios que para dois elementos, conforme estipulado pelas</p><p>regras de Hume-Rothery.</p><p>Verificação de Conceitos 4.2</p><p>Pergunta: Explique por que pode ocorrer uma solubilidade sólida completa para soluções sólidas subs-</p><p>titucionais, mas não para soluções sólidas intersticiais.</p><p>Resposta: Uma exigência para a formação de uma solução sólida é que os átomos de soluto se ajustem</p><p>no interior da rede cristalina sem introduzir distorções significativas na rede. Para uma solução sólida</p><p>substitucional, a solubilidade completa acontece sempre que a diferença nos raios atômicos entre os</p><p>átomos hospedeiro e de impurezas é menor do que aproximadamente ±15% e as outras três regras</p><p>de Hume-Rothery são satisfeitas. Não é incomum encontrar átomos de impurezas substitucionais que</p><p>atendem a esses critérios. Por outro lado, nas soluções sólidas intersticiais, os diâmetros dos átomos</p><p>de soluto são normalmente maiores do que os tamanhos dos sítios intersticiais. Consequentemente,</p><p>são criadas distorções da rede cristalina relativamente grandes quando os átomos de soluto ocupam</p><p>sítios intersticiais, com o resultado de que as solubilidades são limitadas.</p><p>Verificação de Conceitos 4.3</p><p>Pergunta: A energia de superfície de um monocristal depende da orientação cristalográfica. Essa ener-</p><p>gia de superfície aumenta ou diminui com um aumento da densidade planar? Por quê?</p><p>Resposta: A energia de superfície de um monocristal depende da densidade planar (isto é, do grau de</p><p>empacotamento atômico) do plano exposto à superfície, em razão do número de ligações que não</p><p>estão completas. À medida que a densidade planar aumenta, o número de átomos vizinhos mais pró-</p><p>ximos no plano aumenta, o que resulta no aumento do número de ligações atômicas que ocorrem no</p><p>plano e na diminuição do número de ligações atômicas que não estão completas. Uma vez que o</p><p>número de ligações atômicas que não estão completas diminui, a energia de superfície também diminui.</p><p>(Ou seja, a energia de superfície diminui com o aumento da densidade planar.)</p><p>Verificação de Conceitos 4.4</p><p>Pergunta: O número do tamanho de grão (n na Equação 4.17) aumenta ou diminui com a diminuição</p><p>do tamanho de grão. Por quê?</p><p>Resposta: Tirando os logaritmos da Equação 4.17 e, então, rearranjando de maneira que o número do</p><p>tamanho de grão n seja a variável dependente, tem-se a expressão</p><p>N = 1 +</p><p>log n</p><p>log 2</p><p>Dessa forma, N aumenta com o aumento de n. Entretanto, à medida que n (o número médio de</p><p>grãos por polegada quadrada sob uma ampliação de 1003) aumenta, o tamanho de grão diminui. Em</p><p>outras palavras, o valor de N aumenta com a diminuição do tamanho de grão.</p><p>Capítulo 5</p><p>Difusão</p><p>Verificação de Conceitos 5.1</p><p>Pergunta: Classifique em ordem decrescente as magnitudes dos coeficientes de difusão para os seguintes</p><p>sistemas:</p><p>N no Fe a 700ºC</p><p>conforme o enunciado do problema.</p><p>Além disso, para composições entre esses dois extremos, as fases α e β coexistem, e a resisti-</p><p>vidade da liga será uma função das resistividades das fases individuais e de suas frações volumé-</p><p>tricas, como descrito pela Equação 18.12. Além disso, as frações mássicas das fases α e β dentro</p><p>da região bifásica na Figura 9.8 variam linearmente com a mudança na composição (de acordo</p><p>com a regra da alavanca). Existe uma disparidade razoável entre as massas específicas do Pb e do</p><p>Sn (11,35 g/cm3 contra 7,3 g/cm3). Dessa forma, de acordo com a Equação 9.6, as frações volumé-</p><p>tricas das fases não serão exatamente iguais às frações mássicas, o que significa que a resistividade</p><p>não irá variar de forma exatamente linear com a composição. No gráfico, por conveniência, a curva</p><p>nessa região foi representada como linear.</p><p>A 150ºC, a curva apresenta a mesma forma geral e se encontra deslocada para resistividades</p><p>significativamente maiores, uma vez que as resistividades aumentam com o aumento da tempera-</p><p>tura (Equação 18.10 e Figura 18.8). Além disso, a partir da Figura 9.8, a 150ºC, a solubilidade do Sn</p><p>no Pb aumenta até aproximadamente 10%p Sn — i.e., o campo da fase α é mais longo, e o aumento</p><p>da resistividade por causa do efeito da solução sólida se estende ao longo de uma maior faixa de</p><p>composições, o que também pode ser observado na figura. O comportamento da resistividade em</p><p>função da temperatura é semelhante no lado rico em estanho, em que a 150ºC o campo da fase β</p><p>se estende até aproximadamente 2%p Pb (98%p Sn). E, como acontece à temperatura ambiente,</p><p>para as composições na região bifásica α + β, o gráfico é aproximadamente linear, estendendo-se</p><p>entre os valores de resistividade encontrados nas composições para as solubilidades máximas das</p><p>duas fases.</p><p>Verificação de Conceitos 18.3</p><p>Pergunta: Entre o ZnS e o CdSe, qual terá a maior energia de espaçamento entre bandas Ee? Cite a(s)</p><p>razão(ões) para essa escolha.</p><p>Resposta: O sulfeto de zinco terá uma maior energia do espaçamento entre bandas do que o seleneto</p><p>de cádmio. Ambos são compostos do tipo II-VI, e o Zn e o S estão ambos verticalmente acima do Cd</p><p>e do Sn na tabela periódica (Figura 2.9). Ao se mover de baixo para cima ao longo de uma coluna na</p><p>tabela periódica, o valor de Ee aumenta.</p><p>Verificação de Conceitos 18.4</p><p>Pergunta: Em temperaturas relativamente elevadas, tanto os materiais semicondutores dopados com</p><p>doadores quanto os dopados com receptores irão exibir comportamento intrínseco (Seção 18.12). Com</p><p>base nas discussões da Seção 18.5 e da seção anterior, trace um gráfico esquemático da energia de Fermi</p><p>em função da temperatura para um semicondutor do tipo n até uma temperatura na qual ele se torna</p><p>intrínseco. Anote também nesse gráfico as posições de energia correspondentes ao topo da banda de</p><p>valência e à parte inferior da banda de condução.</p><p>Resposta: A seguir, é mostrado o gráfico esquemático da energia de Fermi em função da temperatura.</p><p>Banda de Valência</p><p>E</p><p>ne</p><p>rg</p><p>ia</p><p>Temperatura</p><p>Eg</p><p>Ee</p><p>Banda de Condução</p><p>38 • Verificação de Conceitos - Perguntas e Respostas</p><p>Como foi observado na seção anterior, em temperaturas baixas, o material é extrínseco, e a ener-</p><p>gia de Fermi está localizada próxima à parte superior do espaçamento entre bandas, na vizinhança do</p><p>nível doador para um semicondutor do tipo n. Com o aumento da temperatura, o material irá even-</p><p>tualmente se tornar intrínseco, e a energia de Fermi ficará localizada próxima ao centro do espaça-</p><p>mento entre bandas (Seção 18.5).</p><p>Verificação de Conceitos 18.5</p><p>Pergunta: Diga se o Zn irá atuar como um doador ou um receptor quando for adicionado ao semicon-</p><p>dutor composto GaAs? Por quê? (Considere o Zn uma impureza substitucional.)</p><p>Resposta: O zinco irá atuar como um receptor no GaAs. Uma vez que o zinco é um elemento do grupo</p><p>IIB na tabela periódica, ele irá substituir o Ga; além disso, um átomo de Zn tem um elétron de valên-</p><p>cia a menos do que o átomo de Ga.</p><p>Verificação de Conceitos 18.6</p><p>Pergunta: Com base na Figura 18.16, na medida em que o nível de dopagem aumenta, você espera que</p><p>a temperatura na qual um semicondutor se torna intrínseco aumente, permaneça essencialmente a</p><p>mesma ou diminua? Por quê?</p><p>Resposta: De acordo com a Figura 18.16, à medida que aumenta o nível de dopagem, a posição da</p><p>linha horizontal para a “Região extrínseca” se move para cima. Dessa forma, o ponto no qual a região</p><p>intrínseca se torna dominante se move horizontalmente para temperaturas mais elevadas.</p><p>Verificação de Conceitos 18.7</p><p>Pergunta: Com base na curva para a concentração de elétrons em função da temperatura para o silí-</p><p>cio do tipo n que foi mostrada na Figura 18.16 e na dependência do logaritmo da mobilidade dos</p><p>elétrons em função da temperatura (Figura 18.18a), trace um gráfico esquemático do logaritmo da</p><p>condutividade elétrica em função da temperatura para um silício que foi dopado com 1021 m–3 de uma</p><p>impureza doadora. Em seguida, explique sucintamente a forma dessa curva. Lembre-se de que a</p><p>Equação 18.16 expressa a dependência da condutividade em relação à concentração de elétrons e</p><p>à mobilidade dos elétrons.</p><p>Resposta: O gráfico esquemático para o logaritmo da condutividade elétrica em função da tempera-</p><p>tura é mostrado a seguir.</p><p>L</p><p>og</p><p>ar</p><p>itm</p><p>o</p><p>da</p><p>c</p><p>on</p><p>du</p><p>tiv</p><p>id</p><p>ad</p><p>e</p><p>Extrínseco</p><p>Temperatura</p><p>Congelamento</p><p>Intrínseco</p><p>Verificação de Conceitos - Perguntas e Respostas • 39</p><p>De acordo com a Equação 18.16, a condutividade elétrica de um semicondutor do tipo n é pro-</p><p>porcional ao produto da concentração de elétrons (n) e da mobilidade dos elétrons (µe) — ou seja,</p><p>s ∝ nµe</p><p>A partir da Figura 18.18a, não existe nenhuma curva para n = 1021 m–3; entretanto, se uma fosse</p><p>traçada, ela iria se encontrar entre as curvas para “< 1020 m–3” e “1022 m–3” e iria apresentar a mesma</p><p>forma geral delas — ou seja, o logaritmo da mobilidade dos elétrons diminui com o aumento da tem-</p><p>peratura. Vamos agora considerar individualmente as três regiões no gráfico do logaritmo da concen-</p><p>tração de elétrons em função da temperatura da Figura 18.16. Para a região de “congelamento” da</p><p>curva (i.e., para baixas temperaturas), o logaritmo da concentração de elétrons aumenta significativa-</p><p>mente com o aumento da temperatura. O produto dessa fração da curva e da região da curva na Figura</p><p>18.18a ao longo da faixa de temperaturas comparável resulta em um aumento nítido no logaritmo da</p><p>condutividade com o aumento da temperatura (de acordo com o gráfico apresentado) — a diminui-</p><p>ção de log µe com a temperatura é mais gradual do que o aumento de log n.</p><p>Ao longo da “região extrínseca” da Figura 18.16, log n permanece constante com o aumento</p><p>da temperatura, enquanto log µe continua a diminuir (de acordo com a Figura 18.18a). O resul-</p><p>tado final de se tomar o produto dessas duas curvas é que a condutividade irá diminuir com o</p><p>aumento da temperatura. Segue-se que a curva para o log σ em função da temperatura terá de</p><p>passar necessariamente através de um valor máximo em alguma temperatura imediatamente</p><p>abaixo do início da região extrínseca.</p><p>Finalmente, para a “região intrínseca” da Figura 18.16, log n aumenta drasticamente com a tem-</p><p>peratura, enquanto log µe continua a diminuir (embora de maneira não tão drástica, Figura 18.18a),</p><p>sendo o resultado final do produto dessas duas curvas um aumento da condutividade elétrica com o</p><p>aumento da temperatura, conforme mostrado no gráfico. Além disso, a curva de log σ em função da</p><p>temperatura também passa por um mínimo em alguma temperatura próxima ao início da região</p><p>intrínseca da Figura 18.16.</p><p>Verificação de Conceitos 18.8</p><p>Pergunta: Você espera que um aumento na temperatura influencie a operação de transistores e reti-</p><p>ficadores de junção do tipo p-n? Explique.</p><p>Resposta: Se a temperatura de um retificador de junção do tipo p-n ou de um transistor de junção for</p><p>suficientemente elevada, os materiais semicondutores irão se tornar intrínsecos, e o dispositivo irá se</p><p>tornar inoperante. Além disso, a difusão</p><p>da espécie dopante de uma região p para uma região n, e vice-</p><p>versa, poderá ocorrer, o que também levaria a problemas de desempenho.</p><p>Verificação de Conceitos 18.9</p><p>Pergunta: No titanato de chumbo sólido (PbTiO3), qual(is) tipo(s) de polarização é(são) possível(is)?</p><p>Por quê? Observação: o titanato de chumbo tem a mesma estrutura cristalina que o titanato de bário</p><p>(Figura 18.34).</p><p>Resposta: As polarizações eletrônica, iônica e de orientação seriam observadas no titanato de chumbo.</p><p>A polarização eletrônica ocorre em todos os materiais dielétricos. O chumbo, o titânio e o oxigênio</p><p>seriam, sem dúvida, de natureza altamente iônica. Além disso, a polarização de orientação também é</p><p>possível, uma vez que momentos de dipolo permanentes podem ser induzidos da mesma maneira que</p><p>para o BaTiO3, como é mostrado na Figura 18.34.</p><p>Capítulo 19</p><p>propriedades térmicas</p><p>Verificação de Conceitos 19.1</p><p>Pergunta:</p><p>(a) Explique por que um anel de latão na tampa de uma jarra de vidro irá afrouxar quando o conjunto</p><p>for aquecido.</p><p>(b) Suponha que o anel seja feito de tungstênio, em vez de latão. Qual será o efeito do aquecimento da</p><p>tampa e da jarra? Por quê?</p><p>Resposta:</p><p>(a) Um anel de latão na tampa de uma jarra de vidro irá afrouxar quando aquecido, pois o latão tem</p><p>maior coeficiente de expansão térmica [20 3 10–6 (ºC)–1 contra aproximadamente 9 3 10–6 (ºC)–1</p><p>para o vidro, segundo a Tabela 19.1].</p><p>(b) Se o anel for feito de tungstênio, em vez de latão, o anel irá apertar a jarra quando aquecido, uma</p><p>vez que o vidro irá expandir mais do que o tungstênio. Os valores de αl para o vidro e o tungstênio</p><p>são de 9 3 10–6 (ºC)–1 e 4,5 3 10–6 (ºC)–1, respectivamente.</p><p>Verificação de Conceitos 19.2</p><p>Pergunta: A condutividade térmica de um aço carbono comum é maior do que a de um aço inoxidável.</p><p>Por que isso ocorre? Sugestão: você pode querer consultar a Seção 11.2.</p><p>Resposta: A condutividade térmica de um aço carbono comum é maior do que a de um aço inoxidá-</p><p>vel, pois o aço inoxidável tem concentrações muito mais elevadas de elementos de liga. Os átomos</p><p>desses elementos de liga servem como centros de espalhamento para os elétrons livres que estão</p><p>envolvidos no processo de transporte térmico.</p><p>Verificação de Conceitos 19.3</p><p>Pergunta: A condutividade térmica de uma amostra de uma cerâmica monocristalina é ligeiramente</p><p>maior do que a exibida por uma amostra policristalina do mesmo material. Por que isso ocorre?</p><p>Resposta: A condutividade térmica de um monocristal é maior do que a de uma amostra policristalina</p><p>do mesmo material, porque tanto os fônons quanto os elétrons livres são espalhados nos contornos</p><p>dos grãos, diminuindo, dessa forma, a eficiência do transporte térmico.</p><p>Verificação de Conceitos 19.4</p><p>Pergunta: Entre um polietileno linear (Mn = 450.000 g/mol) e um polietileno levemente ramificado</p><p>(Mn = 650.000 g/mol), qual apresenta a maior condutividade térmica? Por quê? Sugestão: você pode</p><p>querer consultar a Seção 14.11.</p><p>Resposta: O polietileno linear apresentará uma maior condutividade térmica do que o polietileno</p><p>levemente ramificado, pois o primeiro irá apresentar um maior grau de cristalinidade em virtude de</p><p>sua estrutura molecular linear. Uma vez que a transferência de calor é realizada através de vibrações</p><p>da cadeia molecular, e a coordenação dessas vibrações aumenta com a porcentagem de cristalinidade,</p><p>quanto maior for a cristalinidade, maior será a condutividade térmica.</p><p>Verificação de Conceitos - Perguntas e Respostas • 41</p><p>Verificação de Conceitos 19.5</p><p>Pergunta: Explique por que, em um dia frio, a maçaneta metálica da porta de um automóvel parece mais</p><p>fria ao toque do que um volante de plástico, apesar de ambos estarem à mesma temperatura.</p><p>Resposta: Em um dia frio, a maçaneta metálica da porta irá parecer mais fria ao toque do que o</p><p>volante de plástico porque o metal tem maior condutividade térmica e, portanto, irá conduzir mais</p><p>rapidamente o frio para a pele.</p><p>Capítulo 20</p><p>propriedades Magnéticas</p><p>Verificação de Conceitos 20.1</p><p>Pergunta: Cite as principais semelhanças e diferenças entre os materiais ferromagnéticos e os materiais</p><p>ferrimagnéticos.</p><p>Resposta:</p><p>As semelhanças entre os materiais ferromagnéticos e ferrimagnéticos são as seguintes:</p><p>(1) Existe uma interação de acoplamento entre os momentos magnéticos de átomos/cátions adja-</p><p>centes para ambos os tipos de materiais.</p><p>(2) Tanto os materiais ferromagnéticos quanto os ferrimagnéticos formam domínios.</p><p>(3) O comportamento B-H de histerese é exibido por ambos os tipos de materiais e, dessa forma,</p><p>são possíveis magnetizações permanentes.</p><p>As diferenças entre os materiais ferromagnéticos e ferrimagnéticos são as seguintes:</p><p>(1) O acoplamento dos momentos magnéticos é paralelo para os materiais ferromagnéticos e anti-</p><p>paralelo para os materiais ferrimagnéticos.</p><p>(2) Os materiais ferromagnéticos, sendo materiais metálicos, são condutores elétricos relativamente</p><p>bons; uma vez que os materiais ferrimagnéticos são materiais cerâmicos, eles são isolantes elétricos.</p><p>(3) As magnetizações de saturação são maiores para os materiais ferromagnéticos.</p><p>Verificação de Conceitos 20.2</p><p>Pergunta: Qual é a diferença entre as estruturas cristalinas do espinélio e inversa do espinélio? Sugestão:</p><p>Você pode considerar útil consultar a Seção 12.2.</p><p>Resposta: Tanto a estrutura cristalina do espinélio quanto a estrutura cristalina inversa do espinélio con-</p><p>siste em um empilhamento compacto dos ânions (íons O2–) segundo um arranjo CFC. Existem dois tipos</p><p>de sítios, tetraédricos e octaédricos, entre os ânions, os quais podem ser ocupados pelos cátions. Os</p><p>cátions divalentes (p. ex., Fe2+) ocupam posições tetraédricas em ambas as estruturas. A diferença está</p><p>na ocupação dos cátions trivalentes (p. ex., Fe3+). No espinélio, todos os íons trivalentes estão localizados</p><p>em sítios octaédricos; por outro lado, na estrutura inversa do espinélio, metade dos íons está posicionada</p><p>em sítios tetraédricos, enquanto a outra metade está posicionada em sítios octaédricos.</p><p>Verificação de Conceitos 20.3</p><p>Pergunta: Explique por que repetidas quedas de um ímã permanente sobre o piso irão fazer com que</p><p>ele fique desmagnetizado.</p><p>Resposta: A queda repetida de um ímã permanente sobre o chão irá fazer com que ele fique desmag-</p><p>netizado porque os choques fazem com que grandes números de dipolos magnéticos fiquem desali-</p><p>nhados por causa da rotação dos dipolos.</p><p>Verificação de Conceitos 20.4</p><p>Pergunta: Esboce esquematicamente em um único gráfico o comportamento de B em função de H para</p><p>um material ferromagnético</p><p>Verificação de Conceitos - Perguntas e Respostas • 43</p><p>(a) a 0 K,</p><p>(b) em uma temperatura imediatamente abaixo de sua temperatura de Curie, e</p><p>(c) em uma temperatura imediatamente acima de sua temperatura de Curie. Explique sucintamente por</p><p>que essas curvas têm formas diferentes.</p><p>Resposta: Esses comportamentos de B em função de H estão esboçados esquematicamente na figura.</p><p>B 0 K</p><p>Imediatamente abaixo de Tc</p><p>Acima de Tc</p><p>H</p><p>A 0 K, a magnetização de saturação será máxima, e o ciclo de histerese terá a maior área. Em uma</p><p>temperatura mais elevada (porém ainda abaixo da temperatura Curie), a magnetização de saturação</p><p>irá diminuir, e o tamanho do ciclo de histerese será reduzido. Finalmente, em temperaturas acima da</p><p>temperatura Curie, o comportamento ferromagnético deixa de existir, e o material se torna paramag-</p><p>nético, exibindo um comportamento linear de B em função de H; a inclinação desse segmento de linha</p><p>é muito pequena.</p><p>Verificação de Conceitos 20.5</p><p>Pergunta: Esboce esquematicamente o comportamento de histerese para um material ferromagnético</p><p>que está sendo gradualmente desmagnetizado por sua passagem por ciclos de um campo H que mudam</p><p>de direção e diminuem de magnitude.</p><p>Resposta: Um esboço esquemático mostrando o comportamento de histerese para um material fer-</p><p>romagnético que está sendo gradualmente desmagnetizado por sua passagem por ciclos de um campo</p><p>H que muda de direção e diminui de magnitude é mostrado na figura.</p><p>B</p><p>H</p><p>44 • Verificação</p><p>de Conceitos - Perguntas e Respostas</p><p>Verificação de Conceitos 20.6</p><p>Pergunta: Para os materiais ferromagnéticos e ferrimagnéticos, é possível controlar de diversas maneiras</p><p>(p. ex., por mudanças na microestrutura e adições de impurezas) a facilidade segundo a qual as paredes</p><p>do domínio se movem em função de variações no campo magnético. Esboce um ciclo esquemático de his-</p><p>terese de B em função de H para um material ferromagnético e sobreponha nesse gráfico as alterações que</p><p>iriam ocorrer no ciclo se os movimentos dos contornos dos domínios fossem impedidos.</p><p>Resposta: O impedimento do movimento das fronteiras dos domínios irá melhorar a coercividade do</p><p>material magnético sem produzir uma mudança significativa na densidade do fluxo de saturação.</p><p>Dessa forma, os comportamentos esquemáticos de B em função de H com e sem a obstrução das fron-</p><p>teiras dos domínios estão mostrados na figura.</p><p>Sem impedimento</p><p>B</p><p>H</p><p>Com impedimento</p><p>Capítulo 21</p><p>propriedades Ópticas</p><p>Verificação de Conceitos 21.1</p><p>Pergunta: Discuta sucintamente as semelhanças e as diferenças entre os fótons e os fônons. Sugestão:</p><p>Pode ser útil consultar a Seção 19.2.</p><p>Resposta:</p><p>As semelhanças entre os fótons e os fônons são:</p><p>1) Ambos podem ser descritos como de natureza ondulatória.</p><p>2) A energia para ambos é quantizada.</p><p>As diferenças entre os fótons e os fônons são:</p><p>1) Os fônons consistem em ondas elásticas que existem no interior dos materiais sólidos. Os fótons</p><p>consistem em pacotes de energia eletromagnética que podem existir nos materiais sólidos,</p><p>assim como em outros meios.</p><p>2) Existe uma diferença considerável entre as velocidades dos fótons e dos fônons. A velocidade</p><p>de um fóton é a mesma que a velocidade da luz em um meio particular; para um fônon, sua</p><p>velocidade é aquela do som.</p><p>Verificação de Conceitos 21.2</p><p>Pergunta: A radiação eletromagnética pode ser tratada a partir das perspectivas clássica ou da mecânica</p><p>quântica. Compare sucintamente esses dois pontos de vista.</p><p>Resposta: A partir da perspectiva clássica, a radiação eletromagnética é de natureza ondulatória, e as</p><p>possíveis energias da radiação são contínuas. A partir da perspectiva da mecânica quântica, a radiação</p><p>eletromagnética é de natureza dupla (sendo tanto ondulatória quanto uma partícula), e nem todas as</p><p>energias são possíveis (i.e., a energia é quantizada).</p><p>Verificação de Conceitos 21.3</p><p>Pergunta: Por que os metais são transparentes às radiações de alta frequência, os raios X e os raios γ?</p><p>Resposta: Os metais são transparentes às radiações de alta frequência, os raios X e os raios γ, pois as</p><p>energias desses tipos de radiação são maiores do que a da luz visível; as excitações eletrônicas que</p><p>correspondem a essas energias (com a absorção de energia) não são possíveis porque as energias para</p><p>tais transições seriam para dentro de um espaçamento entre bandas de energia que está além da</p><p>maior banda de energia parcialmente preenchida.</p><p>Verificação de Conceitos 21.4</p><p>Pergunta: Quais entre os seguintes óxidos, quando adicionados à sílica fundida (SiO2), irão aumentar</p><p>seu índice de refração: Al2O3, TiO2, NiO, MgO? Por quê? A Tabela 12.3 pode ser útil.</p><p>Resposta: Nos materiais iônicos, quanto maior for o tamanho dos íons componentes, maior será o grau</p><p>de polarização eletrônica. Ao consultar a Tabela 12.3, observamos que os íons Al3+, Ti+4, Ni2+ e Mg2+</p><p>são todos maiores em tamanho do que o íon Si4+ (0,053, 0,061, 0,069 e 0,072 nm, respectivamente, con-</p><p>tra 0,040 nm), e, portanto, todos esses íons irão aumentar o índice de refração quando forem adicio-</p><p>nados ao SiO2.</p><p>46 • Verificação de Conceitos - Perguntas e Respostas</p><p>Verificação de Conceitos 21.5</p><p>Pergunta: Os elementos semicondutores silício e germânio são transparentes à luz visível? Por que sim</p><p>ou por que não? Sugestão: Pode ser útil consultar os dados na Tabela 18.2.</p><p>Resposta: Queremos decidir se o Si e o Ge são ou não transparentes à luz visível com base em suas</p><p>energias do espaçamento entre bandas. A Tabela 18.2 cita 1,11 e 0,67 eV, respectivamente, para os</p><p>valores de Ee como para esses dois semicondutores. De acordo com a Equação 21.16b, os semicondu-</p><p>tores que têm energias do espaçamento entre bandas menores do que aproximadamente 1,8 eV são</p><p>opacos à luz visível. Dessa forma, tanto o Si quanto o Ge se enquadram nessa categoria, e toda a luz</p><p>visível é absorvida por transições eletrônicas da banda de valência para a banda de condução através</p><p>de seus razoavelmente estreitos espaçamentos entre bandas de energia.</p><p>Verificação de Conceitos 21.6</p><p>Pergunta: Compare os fatores que determinam as cores características dos metais e dos materiais não</p><p>metálicos transparentes.</p><p>Resposta: A cor característica de um metal é determinada pela distribuição de comprimentos de onda</p><p>da radiação luminosa não absorvida que é refletida. A cor característica de um não metal transparente</p><p>é determinada pela distribuição de comprimentos de onda da radiação luminosa não absorvida que é</p><p>transmitida através do material.</p><p>Verificação de Conceitos 21.7</p><p>Pergunta: Diga se o material semicondutor seleneto de zinco (ZnSe), que tem espaçamento entre ban-</p><p>das de energia de 2,58 eV, é fotocondutor quando exposto a uma radiação de luz visível? Por que sim</p><p>ou por que não?</p><p>Resposta: O seleneto de zinco, apresentando espaçamento entre bandas de energia de 2,58 eV, é foto-</p><p>condutor. Para ser fotocondutor, os elétrons devem ser excitados da banda de valência para a banda</p><p>de condução pela absorção de radiação luminosa. De acordo com a Equação 21.16a, a energia máxima</p><p>para o espaçamento entre bandas de energia para a qual pode haver absorção de luz visível é de 3,1</p><p>eV; uma vez que a energia do espaçamento entre bandas para o ZnSe é menor do que esse valor, irão</p><p>ocorrer transições eletrônicas fotoinduzidas da banda de valência para a banda de condução.</p><p>Cr no Fe a 700ºC</p><p>N no Fe a 900ºC</p><p>Cr no Fe a 900ºC</p><p>Justifique, então, essa ordenação. (Nota: Tanto o Fe quanto o Cr têm estrutura cristalina CCC, e os raios</p><p>atômicos para o Fe, Cr e N são 0,124, 0,125 e 0,065 nm, respectivamente. Caso necessário, consulte</p><p>também a Seção 4.3.)</p><p>Resposta: A classificação das magnitudes dos coeficientes de difusão é a seguinte:</p><p>N no Fe a 900ºC; DN(900)</p><p>N no Fe a 700ºC; DN(700)</p><p>Cr no Fe a 900ºC; DCr(900)</p><p>Cr no Fe a 700ºC; DCr(700)</p><p>O nitrogênio é uma impureza intersticial no Fe (com base em seu raio atômico), enquanto o Cr é uma</p><p>impureza substitucional. Uma vez que a difusão intersticial ocorre mais rapidamente que a difusão de</p><p>uma impureza substitucional, DN > DCr. Além disso, como a magnitude do coeficiente de difusão</p><p>aumenta com o aumento da temperatura, D(900) > D(700).</p><p>Verificação de Conceitos 5.2</p><p>Pergunta: Considere a autodifusão de dois metais hipotéticos, A e B. Em um gráfico esquemático de ln D</p><p>em função de 1/T, represente (e identifique) as linhas para ambos os metais, dado que D0(A) > D0(B),</p><p>e também que Qd(A) > Qd(B).</p><p>Resposta: O gráfico esquemático de ln D em função de 1/T com as linhas para os metais A e B é mos-</p><p>trado a seguir.</p><p>ln D0 (A)</p><p>ln D0 (B)</p><p>0</p><p>Metal A</p><p>Metal B</p><p>Qd (A)</p><p>R</p><p>-</p><p>Qd (B)</p><p>R</p><p>-</p><p>1</p><p>T</p><p>ln</p><p>D</p><p>6 • Verificação de Conceitos - Perguntas e Respostas</p><p>Como foi explicado anteriormente, a interseção com o eixo vertical é igual a ln D0. Como mos-</p><p>trado nesse gráfico, a interseção para o metal A é maior do que a interseção para o metal B, uma vez</p><p>que D0(A) > Do(B) [alternativamente, ln D0(A) > ln Do(B)]. Além disso, a inclinação da linha é igual</p><p>a –Qd/R. As duas linhas no gráfico foram construídas de tal forma que a inclinação negativa para o</p><p>metal A é maior do que para o metal B, uma vez que Qd(A) > Qd(B).</p><p>Capítulo 6</p><p>propriedades Mecânicas dos Metais</p><p>Verificação de Conceitos 6.1</p><p>Pergunta: Cite as principais diferenças entre os comportamentos das deformações elástica, anelástica e</p><p>plástica.</p><p>Resposta: A deformação elástica é independente do tempo e não permanente, a deformação anelás-</p><p>tica é dependente do tempo e não permanente, enquanto a deformação plástica é permanente.</p><p>Verificação de Conceitos 6.2</p><p>Perguntas: Entre aqueles metais listados na Tabela 6.3:</p><p>(a) Qual terá a maior redução percentual em área? Por quê?</p><p>(b) Qual é o mais resistente? Por quê?</p><p>(c) Qual é o mais rígido? Por quê?</p><p>Tabela 6.3 Dados de tensão-Deformação em tração para Vários Metais Hipotéticos para Serem usados com as Verificações de Conceitos 6.2 e 6.4</p><p>A 310 340 0,23 265 210</p><p>B 100 120 0,40 105 150</p><p>C 415 550 0,15 500 310</p><p>D 700 850 0,14 720 210</p><p>E Fratura antes do escoamento 650 350</p><p>Material</p><p>Limite de</p><p>Escoamento</p><p>(MPa)</p><p>Limite de</p><p>Resistência à</p><p>Tração (MPa)</p><p>Deformação na</p><p>Fratura</p><p>Resistência à</p><p>Fratura (MPa)</p><p>Módulo de</p><p>Elasticidade</p><p>(GPa)</p><p>Respostas:</p><p>(a) O material B apresentará a maior redução percentual em área, uma vez que apresenta a maior</p><p>deformação na fratura e, portanto, é o mais dúctil.</p><p>(b) O material D é o mais resistente, pois tem os maiores limites de escoamento e de resistência à tração.</p><p>(c) O material E é o mais rígido, pois apresenta o maior módulo de elasticidade.</p><p>Verificação de Conceitos 6.3</p><p>Pergunta: Trace um gráfico esquemático mostrando o comportamento tensão-deformação de engenha-</p><p>ria em tração para uma liga metálica típica até o ponto da fratura. Em seguida, superponha nesse gráfico</p><p>uma curva esquemática tensão-deformação de engenharia em compressão para a mesma liga. Explique</p><p>quaisquer diferenças que existam entre as duas curvas.</p><p>Resposta: O gráfico tensão-deformação esquemático no qual as duas curvas estão traçadas é mos-</p><p>trado a seguir.</p><p>8 • Verificação de Conceitos - Perguntas e Respostas</p><p>Compressão</p><p>Tração</p><p>Deformação</p><p>Te</p><p>ns</p><p>ão</p><p>As regiões lineares (elásticas) iniciais de ambas as curvas serão as mesmas. Afora isso, há três diferen-</p><p>ças entre as duas curvas, que são as seguintes:</p><p>(1) Fora da região elástica, a curva de tração está localizada abaixo da curva de compressão. A</p><p>razão para isso é que, durante a compressão, a área da seção transversal do corpo de provas está</p><p>aumentando — ou seja, para dois corpos de provas com a mesma área inicial da seção transversal</p><p>(A0), em dado valor de deformação, a área da seção transversal instantânea em compressão será</p><p>maior do que aquela em tração. Consequentemente, a força aplicada necessária para dar conti-</p><p>nuidade à deformação será maior para a compressão do que para a tração; e, uma vez que a tensão</p><p>é definida pela Equação 6.1 como</p><p>s =</p><p>F</p><p>A0</p><p>a força aplicada é maior para a compressão; assim, a tensão também será maior (uma vez que A0</p><p>é a mesma para ambos os casos).</p><p>(2) A curva de compressão não exibirá um máximo, uma vez que o corpo de provas testado em com-</p><p>pressão não apresentará estricção — a área da seção transversal na qual a deformação ocorre cres-</p><p>cerá continuamente durante a compressão.</p><p>(3) A deformação na qual ocorrerá a falha será maior para a compressão. Novamente, esse compor-</p><p>tamento é explicado pela ausência de estricção no corpo de provas sob compressão.</p><p>Verificação de Conceitos 6.4</p><p>Pergunta: Entre os metais listados na Tabela 6.3, qual tem a maior dureza? Por quê?</p><p>Resposta: O material D é o mais duro, pois apresenta o maior limite de resistência à tração.</p><p>Capítulo 7</p><p>Discordâncias e Mecanismos de aumento da Resistência</p><p>Verificação de Conceitos 7.1</p><p>Pergunta: Qual dos seguintes sistemas é o sistema de escorregamento para a estrutura cristalina cúbica</p><p>simples? Por quê?</p><p>{100}〈110〉</p><p>{110}〈110〉</p><p>{100}〈010〉</p><p>{110}〈111〉</p><p>(Nota: uma célula unitária para a estrutura cristalina cúbica simples é mostrada na Fig. 3.3.)</p><p>Resposta: O sistema de escorregamento para qualquer estrutura cristalina corresponde ao plano cris-</p><p>talográfico mais compacto e, naquele plano, a direção cristalográfica mais compacta. Para a estrutura</p><p>cúbica simples, o plano atômico mais compacto é o plano do tipo {100}; a direção mais compacta nesse</p><p>plano é a direção do tipo 〈010〉. Portanto, o sistema de escorregamento para a estrutura cúbica simples</p><p>é o {100}〈010〉.</p><p>Verificação de Conceitos 7.2</p><p>Pergunta: Explique a diferença entre tensão cisalhante rebatida e tensão cisalhante rebatida crítica.</p><p>Resposta: A tensão cisalhante rebatida é o componente de cisalhamento de uma tensão de tração</p><p>(ou de compressão) aplicada rebatida ao longo de um plano de escorregamento que não é perpendi-</p><p>cular nem paralelo ao eixo da tensão. A tensão cisalhante rebatida crítica é o valor da tensão cisalhante</p><p>rebatida no qual o escoamento tem começo; ela é uma propriedade do material.</p><p>Verificação de Conceitos 7.3</p><p>Pergunta: Ao se realizar medições da dureza, qual será o efeito de fazer uma impressão muito próxima</p><p>a uma impressão preexistente? Por quê?</p><p>Resposta: A dureza medida a partir de uma impressão que está posicionada muito próxima a uma</p><p>impressão preexistente será muito mais alta. O material nessa vizinhança foi trabalhado a frio quando</p><p>a primeira impressão foi feita.</p><p>Verificação de Conceitos 7.4</p><p>Pergunta: Informar se pode ser esperado o encruamento de um material cerâmico cristalino à tempera-</p><p>tura ambiente. Por que sim ou por que não?</p><p>Resposta: Não, o encruamento de um material cerâmico cristalino à temperatura ambiente não é</p><p>esperado. Para que um material encrue, ele deve ser deformado plasticamente; uma vez que os mate-</p><p>riais cerâmicos são frágeis à temperatura ambiente, eles irão fraturar antes que qualquer deformação</p><p>plástica ocorra.</p><p>10 • Verificação de Conceitos - Perguntas e Respostas</p><p>Verificação de Conceitos 7.5</p><p>Pergunta: Explicar sucintamente por que alguns metais (por exemplo, o chumbo e o estanho) não</p><p>encruam quando são deformados à temperatura ambiente.</p><p>Resposta: Metais como o chumbo e o estanho não encruam à temperatura ambiente porque suas tem-</p><p>peraturas de recristalização</p><p>são inferiores à temperatura ambiente (ver a Tabela 7.2).</p><p>Verificação de Conceitos 7.6</p><p>Pergunta: Você espera que seja possível que os materiais cerâmicos experimentem recristalização? Por</p><p>que sim ou por que não?</p><p>Resposta: Não, a recristalização não é esperada nos materiais cerâmicos. Para que ocorra recristaliza-</p><p>ção, um material deve ser, primeiro, deformado plasticamente, e os materiais cerâmicos são muito</p><p>frágeis para serem deformados plasticamente.</p><p>Capítulo 8</p><p>Falha</p><p>Verificação de Conceitos 8.1</p><p>Pergunta: Citar duas situações nas quais a possibilidade de uma falha é parte integrante do projeto de</p><p>um componente ou produto.</p><p>Resposta: Várias situações nas quais a possibilidade de uma falha é parte integrante do projeto de um</p><p>componente ou de um produto são as seguintes: (1) o anel de abertura na parte superior de latas de</p><p>bebidas feitas em alumínio; (2) postes de utilidades/iluminação em alumínio localizados nas margens</p><p>de rodovias — danos mínimos ocorrem a um veículo quando este colide com o poste; e (3) em alguns</p><p>componentes de máquinas, um pino de cisalhamento é usado para conectar uma engrenagem ou uma</p><p>polia a um eixo — o pino é projetado para ser cisalhado antes que algum dano seja causado ao eixo</p><p>ou à engrenagem em uma situação de sobrecarga.</p><p>Verificação de Conceitos 8.2</p><p>Pergunta: Esboçar um gráfico esquemático do comportamento da tensão em função do tempo para</p><p>uma situação na qual a razão de tensões R é de +1.</p><p>Resposta: Para uma razão de tensões (R) de +1, então, a partir da Equação 8.14,</p><p>=smáx smín</p><p>Isso é o mesmo que dizer que a tensão permanece constante (ou que não oscila) ao longo do tempo,</p><p>ou que o gráfico da tensão em função do tempo irá aparecer como</p><p>Te</p><p>ns</p><p>ão</p><p>Tempo</p><p>Verificação de Conceitos 8.3</p><p>Pergunta: Usando as Equações 8.13 e 8.14, demonstrar que um aumento no valor da razão de tensões</p><p>R produz uma diminuição na amplitude da tensão σa.</p><p>Resposta: A partir da Equação 8.14,</p><p>= Rsmáxsmín</p><p>12 • Verificação de Conceitos - Perguntas e Respostas</p><p>Além disso, a Equação 8.13 é</p><p>2smínsmáx</p><p>2</p><p>sa =</p><p>A substituição de σmín da primeira expressão nessa última fornece</p><p>2Rsmáxsmáx</p><p>2</p><p>sa = = smáx</p><p>2</p><p>(1 2 R)</p><p>Portanto, à medida que a magnitude de R aumenta (ou se torna mais positiva), a magnitude de</p><p>σa diminui.</p><p>Verificação de Conceitos 8.4</p><p>Pergunta: As superfícies para algumas amostras de aço que falharam por fadiga têm uma aparência</p><p>granular ou cristalina brilhosa. Os leigos podem explicar a falha dizendo que o metal cristalizou</p><p>enquanto estava em serviço. Apresentar uma crítica a essa explicação.</p><p>Resposta: Cristalizar significa tornar cristalino. Dessa forma, o enunciado “O metal fraturou porque</p><p>ele cristalizou” está errado, uma vez que o metal já era cristalino antes de ser submetido à tensão</p><p>(virtualmente, todos os metais são cristalinos).</p><p>Verificação de Conceitos 8.5</p><p>Pergunta: Sobrepor em um mesmo gráfico da deformação em função do tempo as curvas esquemáticas</p><p>de fluência para uma tensão de tração constante e para uma carga de tração constante, e explicar as</p><p>diferenças em comportamento.</p><p>Resposta: As curvas esquemáticas de fluência tanto para tensão constante quanto para carga cons-</p><p>tante são as seguintes:</p><p>D</p><p>ef</p><p>or</p><p>m</p><p>aç</p><p>ão</p><p>Tempo</p><p>Carga Constante</p><p>Tensão Constante</p><p>Com o aumento do tempo, a curva para carga constante se torna progressivamente mais alta do que</p><p>a curva para tensão constante. Uma vez que esses testes são de tração, a área da seção transversal</p><p>diminui conforme a deformação prossegue. Dessa forma, com o objetivo de manter uma tensão cons-</p><p>tante, a carga aplicada deve ser diminuída de maneira correspondente, já que tensão = carga/área.</p><p>Capítulo 9</p><p>Diagramas de Fases</p><p>Veri�cação de Conceitos 9.1</p><p>Pergunta: Qual é a diferença que existe entre os estados de equilíbrio de fases e de metaestabilidade?</p><p>Resposta: Para a condição de equilíbrio de fases, a energia livre é mínima e o sistema está completa-</p><p>mente estável, o que signi�ca que as características das fases são constantes ao longo do tempo. Na</p><p>situação de metaestabilidade, o sistema não está em equilíbrio e existem mudanças muito pequenas</p><p>(e com frequência imperceptíveis) nas características das fases ao longo do tempo.</p><p>Veri�cação de Conceitos 9.2</p><p>Pergunta: O diagrama de fases para o sistema cobalto-níquel é do tipo isomorfo. Com base nas tempe-</p><p>raturas de fusão para esses dois metais, descreva e/ou desenhe um esboço esquemático do diagrama de</p><p>fases para o sistema Co-Ni.</p><p>Resposta: A partir dos dados contidos no Apêndice F, as temperaturas de fusão para o cobalto e o</p><p>níquel são, respectivamente, 1495ºC e 1455ºC. Uma vez que esse diagrama de fases é do tipo isomorfo,</p><p>as fronteiras entre fases e as regiões das fases são semelhantes àquelas para o diagrama de fases Cu-Ni</p><p>(Figura 9.3a), isto é, existe uma região α + L em forma de lâmina que possui interseções das curvas</p><p>liquidus e solidus em 1495ºC para 100%p Co e em 1455ºC para 100%p Ni. Dessa forma, um diagrama</p><p>de fases esquemático possui a seguinte aparência:</p><p>1550</p><p>1500</p><p>1450</p><p>1400</p><p>Te</p><p>m</p><p>pe</p><p>ra</p><p>tu</p><p>ra</p><p>(º</p><p>C</p><p>)</p><p>0 20 40 60 80 100</p><p>(Co) (Ni)</p><p>Composição (%p Ni)</p><p>14 • Verificação de Conceitos - Perguntas e Respostas</p><p>Verificação de Conceitos 9.3</p><p>Pergunta: Uma liga cobre-níquel com composição de 70%p Ni-30%p Cu é aquecida lentamente a par-</p><p>tir de uma temperatura de 1300oC (2370oF).</p><p>(a) Em qual temperatura se forma a primeira fração da fase líquida?</p><p>(b) Qual é a composição dessa fase líquida?</p><p>(c) Em qual temperatura ocorre a fusão completa da liga?</p><p>(d) Qual é a composição da última fração de sólido que permanece no meio antes da fusão completa?</p><p>Resposta: Com o aquecimento de uma liga cobre-níquel com composição de 70%p Ni-30%p Cu a</p><p>partir de uma temperatura de 1300ºC e utilizando a Figura 9.3a:</p><p>(a) A primeira fração da fase líquida se forma na temperatura na qual uma linha vertical nessa com-</p><p>posição intercepta a fronteira entre fases α – (α + L) — i.e., em aproximadamente 1350ºC;</p><p>(b) A composição dessa fase líquida corresponde à interseção da linha de amarração construída atra-</p><p>vés da região das fases α + L a 1350ºC com a fronteira entre fases (α + L) – L — i.e., 59%p Ni;</p><p>(c) A fusão completa da liga ocorre na interseção dessa mesma linha vertical na composição de 70%p</p><p>Ni com a fronteira entre fases (α + L) – L — i.e., em aproximadamente 1380ºC;</p><p>(d) A composição da última fração de sólido remanescente antes da fusão completa corresponde à</p><p>interseção da linha de amarração construída através da região das fases α + L a 1380ºC com a</p><p>fronteira entre fases α – (α + L) — i.e., aproximadamente 78%p Ni.</p><p>Verificação de Conceitos 9.4</p><p>Pergunta: Dizer se é possível existir uma liga cobre-níquel que, em condições de equilíbrio, consista em</p><p>uma fase α com composição de 37%p Ni-63%p Cu e também uma fase líquida com composição de</p><p>20%p Ni-80%p Cu. Se isso for possível, dizer qual será a temperatura aproximada da liga. Se isso não</p><p>for possível, explicar por quê.</p><p>Resposta: Não é possível ter uma liga Cu-Ni que, em equilíbrio, consista em uma fase líquida com</p><p>composição de 20%p Ni-80%p Cu e uma fase α com composição de 37%p Ni-63%p Cu. A partir da</p><p>Figura 9.3a, não existe nenhuma linha de amarração dentro da região α + L que intercepte as fronteiras</p><p>entre fases nas composições desejadas. Para a composição de 20%p Ni, a fronteira entre fases L – (α + L)</p><p>está em aproximadamente 1200ºC, enquanto em 37%p Ni a fronteira entre fases (L + α) – α se encontra</p><p>em aproximadamente 1225ºC.</p><p>Verificação de Conceitos 9.5</p><p>Pergunta: Na temperatura de 700oC (1290oF), qual é a solubilidade máxima do (a) Cu na Ag? E da (b)</p><p>Ag no Cu?</p><p>Resposta:</p><p>(a) A partir do diagrama de fases cobre-prata, Figura 9.7, a solubilidade máxima do Cu na Ag a 700ºC</p><p>corresponde à posição da fronteira entre fases β – (α + β) nessa temperatura, ou aproximadamente</p><p>6%p Cu.</p><p>(b) A partir dessa mesma figura, a solubilidade máxima da Ag no Cu corresponde à posição da fron-</p><p>teira entre</p><p>fases α – (α + β) nessa temperatura, ou aproximadamente 5%p Ag.</p><p>Verificação de Conceitos 9.6</p><p>Pergunta: Abaixo é apresentada uma parte do diagrama de fases para o sistema H2O–NaCl:</p><p>Verificação de Conceitos - Perguntas e Respostas • 15</p><p>(a) Usando esse diagrama de fases, explicar de uma maneira sucinta como o espalhamento de sal sobre</p><p>gelo que se encontra a uma temperatura abaixo de 0oC (32oF) pode causar o derretimento do gelo.</p><p>(b) Em que temperatura o sal não é mais útil para causar o derretimento do gelo?</p><p>Resposta:</p><p>(a) O espalhamento de sal sobre gelo irá abaixar a temperatura de fusão, uma vez que a curva liquidus</p><p>diminui de 0ºC (em 100% H2O) até a temperatura eutética de aproximadamente –21ºC (23%p</p><p>NaCl). Dessa forma, o gelo a uma temperatura abaixo de 0ºC (e acima de –21ºC) pode formar uma</p><p>fase líquida pela adição de sal.</p><p>(b) Em –21oC e abaixo dessa temperatura, o sal não é mais útil para causar um derretimento do gelo,</p><p>uma vez que essa é a temperatura mais baixa na qual se forma uma fase líquida (i.e., essa é a tem-</p><p>peratura eutética para esse sistema).</p><p>Verificação de Conceitos 9.7</p><p>Pergunta: A figura a seguir mostra o diagrama de fases para o sistema háfnio-vanádio, para o qual apenas</p><p>as regiões monofásicas estão identificadas. Especificar os pontos temperatura-composição onde ocorrem</p><p>10</p><p>0</p><p>210</p><p>220</p><p>230</p><p>50</p><p>40</p><p>30</p><p>20</p><p>0</p><p>210</p><p>220</p><p>10</p><p>0 10 20</p><p>100 90 80 70</p><p>30</p><p>Composição (%p)</p><p>NaCl</p><p>H2O</p><p>Gelo + Sal</p><p>Sal</p><p>+</p><p>Líquido</p><p>(salmoura)</p><p>Gelo</p><p>+</p><p>Líquido</p><p>(salmoura)</p><p>Líquido</p><p>(salmoura)</p><p>Te</p><p>m</p><p>pe</p><p>ra</p><p>tu</p><p>ra</p><p>(</p><p>ºF</p><p>)</p><p>Te</p><p>m</p><p>pe</p><p>ra</p><p>tu</p><p>ra</p><p>(</p><p>ºC</p><p>)</p><p>2200</p><p>2000</p><p>1800</p><p>1600</p><p>1400</p><p>1200</p><p>1000</p><p>bHf</p><p>L</p><p>HfV2</p><p>V</p><p>aHf</p><p>0 20 40 60 80 100</p><p>(V)(Hf) Composição (%p V)</p><p>Te</p><p>m</p><p>pe</p><p>ra</p><p>tu</p><p>ra</p><p>(</p><p>ºC</p><p>)</p><p>16 • Verificação de Conceitos - Perguntas e Respostas</p><p>todos os eutéticos, eutetoides, peritéticos e transformações de fases congruentes. Ainda, para cada um</p><p>desses pontos, escrever a reação que ocorre durante o processo de resfriamento.</p><p>Resposta: Existem dois eutéticos nesse diagrama de fases. Um existe em 18%p V-82%p Hf e 1455ºC.</p><p>A reação durante o resfriamento é</p><p>L βHf + HfV2</p><p>O outro eutético existe em 39%p V-61%p Hf e 1520ºC. Essa reação durante o resfriamento é</p><p>L HfV2 + V(solução sólida)</p><p>Existe um eutetoide em 6%p V-94%p Hf e 1190ºC. A reação durante o resfriamento é</p><p>βHf αHf + HfV2</p><p>Existe um ponto de fusão congruente em 36%p V-64%p Hf e 1550ºC. A reação que ocorre</p><p>durante o resfriamento é</p><p>L HfV2</p><p>Não existem peritéticos no sistema.</p><p>Verificação de Conceitos 9.8</p><p>Pergunta: Em um sistema ternário, três componentes estão presentes; a temperatura também é uma</p><p>variável. Qual é o número máximo de fases que podem estar presentes em um sistema ternário, assu-</p><p>mindo que a pressão seja mantida constante?</p><p>Resposta: Para um sistema ternário (C = 3) em uma pressão constante (N = 1), a regra das fases de</p><p>Gibbs, Equação 9.16, se torna</p><p>P + F = C + N = 3 + 1 = 4</p><p>Ou,</p><p>P = 4 – F</p><p>Dessa forma, quando F = 0, P terá seu valor máximo de 4, o que significa que o número máximo de</p><p>fases possível de estar presente nessa situação é 4.</p><p>Verificação de Conceitos 9.9</p><p>Pergunta: Explicar sucintamente por que uma fase proeutetoide (ferrita ou cementita) se forma ao</p><p>longo dos contornos dos grãos da austenita. Sugestão: Consultar a Seção 4.6.</p><p>Resposta: Uma energia interfacial está associada aos contornos dos grãos (i.e., uma energia do con-</p><p>torno dos grãos — Seção 4.6). Um menor aumento resultante na energia interfacial ocorre quando</p><p>uma fase proeutetoide se forma ao longo dos contornos dos grãos de austenita existentes do que</p><p>quando a fase proeutetoide se formar no interior dos grãos.</p><p>Capítulo 10</p><p>transformações de Fases nos Metais</p><p>Verificação de Conceitos 10.1</p><p>Pergunta: Qual microestrutura é mais estável: a perlítica ou a da cementita globulizada? Por quê?</p><p>Resposta: As microestruturas da cementita globulizada são mais estáveis do que as microestruturas</p><p>perlíticas. Uma vez que a perlita se transforma em cementita globulizada, a última é mais estável.</p><p>Verificação de Conceitos 10.2</p><p>Pergunta: Citar duas diferenças principais que existem entre as transformações martensítica e perlítica.</p><p>Resposta: Duas diferenças principais são: 1) a difusão atômica é necessária para a transformação per-</p><p>lítica, enquanto a transformação martensítica ocorre sem difusão; e 2) em relação à taxa de transfor-</p><p>mação, a transformação martensítica é virtualmente instantânea, enquanto a transformação perlítica</p><p>depende do tempo.</p><p>Verificação de Conceitos 10.3</p><p>Pergunta: Fazer uma cópia do diagrama de transformação isotérmica para uma liga ferro-carbono com</p><p>composição eutetoide (Figura 10.23) e então esboçar e identificar nesse diagrama um percurso tempo-</p><p>temperatura que irá produzir 100% de perlita fina.</p><p>Resposta: A seguir, é mostrado um diagrama de transformação isotérmica para uma liga ferro-carbono</p><p>eutetoide no qual está incluído um percurso tempo-temperatura que irá produzir 100% de perlita fina.</p><p>Tempo (s)</p><p>Te</p><p>m</p><p>pe</p><p>ra</p><p>tu</p><p>ra</p><p>(</p><p>∞C</p><p>)</p><p>Te</p><p>m</p><p>pe</p><p>ra</p><p>tu</p><p>ra</p><p>(</p><p>∞F</p><p>)</p><p>10–1 1 10 102 103 104 105</p><p>200</p><p>400</p><p>800</p><p>600</p><p>1000</p><p>1200</p><p>1400Temperatura eutetoide</p><p>A</p><p>A</p><p>A</p><p>M + A</p><p>M(início)</p><p>M(50%)</p><p>M(90%)</p><p>50%</p><p>P</p><p>B</p><p>100</p><p>0</p><p>200</p><p>300</p><p>400</p><p>500</p><p>600</p><p>700</p><p>800</p><p>A</p><p>A</p><p>+</p><p>+</p><p>P</p><p>B</p><p>18 • Verificação de Conceitos - Perguntas e Respostas</p><p>Verificação de Conceitos 10.4</p><p>Pergunta: Descrever sucintamente o procedimento mais simples de tratamento térmico por resfria-</p><p>mento contínuo que pode ser usado para converter um aço 4340 de uma microestrutura (martensita +</p><p>bainita) em uma microestrutura (ferrita + perlita).</p><p>Resposta: Para converter (martensita + bainita) em (ferrita + perlita), é necessário aquecer o aço</p><p>acima de aproximadamente 720ºC, permitir a completa austenitização e então resfriar até a tempera-</p><p>tura ambiente segundo uma taxa igual ou inferior a 0,006ºC/s (ver a Figura 10.29).</p><p>Verificação de Conceitos 10.5</p><p>Pergunta: Classificar as seguintes ligas ferro-carbono e suas microestruturas associadas em ordem</p><p>decrescente de limite de resistência à tração:</p><p>0,25%p C com cementita globulizada</p><p>0,25%p C com perlita grosseira</p><p>0,6%p C com perlita fina</p><p>0,6%p C com perlita grosseira.</p><p>Justificar essa classificação.</p><p>Resposta: A classificação é a seguinte:</p><p>(1) 0,6%p C com perlita fina</p><p>(2) 0,6%p C com perlita grosseira</p><p>(3) 0,25%p C com perlita grosseira</p><p>(4) 0,25%p C com cementita globulizada</p><p>A liga com 0,25%p C e perlita grosseira é mais resistente do que a liga com 0,25%p C e cementita</p><p>globulizada, uma vez que a perlita grosseira é mais resistente do que a cementita globulizada; a com-</p><p>posição de ambas as ligas é a mesma. A liga com 0,6%p C e perlita grosseira é mais resistente do que</p><p>a liga com 0,25%p C e perlita grosseira, uma vez que o aumento no teor de carbono aumenta a resis-</p><p>tência da liga (enquanto é mantida a mesma microestrutura de perlita grosseira). Finalmente, a perlita</p><p>fina com 0,6%p C é mais resistente do que a perlita grosseira com 0,6%p C, uma vez que a resistência</p><p>da perlita fina é maior do que a da perlita grosseira, pois existe uma quantidade muito maior de fron-</p><p>teiras entre as fases ferrita e cementita na perlita fina.</p><p>Verificação de Conceitos 10.6</p><p>Pergunta: Para um aço com composição eutetoide, descrever um tratamento térmico isotérmico que seja</p><p>capaz de produzir uma amostra com dureza de 93 HRB.</p><p>Resposta: A partir da Figura 10.31(a), para que uma liga com 0,76%p C apresente uma dureza</p><p>Rockwell de 93 HRB, sua microestrutura deve ser integralmente perlita grosseira. Dessa forma, utili-</p><p>zando o diagrama de transformação isotérmica para essa liga (Figura 10.23), após a austenitização em</p><p>aproximadamente 760ºC, deve-se resfriar a liga rapidamente até uma temperatura na qual há a for-</p><p>mação de perlita grosseira (i.e., até aproximadamente 675ºC) e deixar que a amostra se transforme</p><p>isotérmica e completamente em perlita grosseira. Nessa temperatura, um tratamento térmico isotér-</p><p>mico durante pelo menos 200 s é necessário. Então, resfria-se até a temperatura ambiente (aqui, a taxa</p><p>de resfriamento não é importante).</p><p>Verificação de Conceitos 10.7</p><p>Pergunta: Uma liga de aço é temperada em água à temperatura ambiente desde uma temperatura dentro</p><p>da região da fase austenita para formar martensita. Na sequência, a liga é revenida em uma temperatura</p><p>elevada que é mantida constante.</p><p>Verificação de Conceitos - Perguntas e Respostas • 19</p><p>(a) Fazer um gráfico esquemático que mostre como a ductilidade à temperatura ambiente varia em fun-</p><p>ção do logaritmo do tempo de revenido na temperatura elevada. (Certificar-se de identificar os</p><p>eixos.)</p><p>(b) Sobrepor e identificar nesse mesmo gráfico o comportamento à temperatura ambiente que resulta</p><p>do revenido em uma temperatura mais elevada e explicar sucintamente a diferença entre os compor-</p><p>tamentos nessas duas temperaturas.</p><p>Resposta: (a) O gráfico pedido é mostrado a seguir.</p><p>(b) A curva para a temperatura mais alta (identificada como TA) estará localizada acima daquela para</p><p>a temperatura mais baixa (identificada como TB), pois as partículas de Fe3C na martensita reve-</p><p>nida irão crescer mais rapidamente à temperatura mais alta; dessa forma, após dado tempo de</p><p>revenido, elas serão maiores na temperatura mais alta. A liga revenida à temperatura mais alta será</p><p>mais dúctil, pois existirão menos fronteiras entre fases α-Fe3C (pelas maiores partículas de Fe3C)</p><p>que possam impedir o movimento de discordâncias.</p><p>TA</p><p>TB</p><p>D</p><p>uc</p><p>til</p><p>id</p><p>ad</p><p>e</p><p>(te</p><p>m</p><p>pe</p><p>ra</p><p>tu</p><p>ra</p><p>a</p><p>m</p><p>bi</p><p>en</p><p>te</p><p>)</p><p>Logaritmo do tempo na temperatura</p><p>de revenido</p><p>Capítulo 11</p><p>aplicações e processamento de ligas Metálicas</p><p>Verificação de Conceitos 11.1</p><p>Pergunta: Explicar sucintamente por que os aços inoxidáveis ferríticos e austeníticos não podem ser</p><p>tratados termicamente. Sugestão: Você pode querer consultar a primeira parte da Seção 11.3.</p><p>Resposta: Os aços inoxidáveis ferríticos e austeníticos não são tratáveis termicamente, pois assume-se</p><p>que “tratável termicamente” significa que martensita pode ser formada com relativa facilidade</p><p>mediante têmpera da austenita a partir de uma temperatura elevada.</p><p>Nos aços inoxidáveis ferríticos, a austenita não se forma quando o material é aquecido e, por-</p><p>tanto, a transformação da austenita em martensita não é possível.</p><p>Nos aços inoxidáveis austeníticos, o campo da fase austenita se estende até temperaturas tão bai-</p><p>xas que a transformação martensítica não ocorre.</p><p>Verificação de Conceitos 11.2</p><p>Pergunta: Sabe-se que é possível produzir ferros fundidos que consistem em uma matriz de martensita</p><p>na qual a grafita se encontra encerrada na forma de flocos, nódulos ou rosetas. Descrever sucintamente</p><p>o tratamento necessário para produzir cada uma dessas três microestruturas.</p><p>Resposta: Nos flocos de grafita, o ferro fundido cinzento é formado (como descrito na Seção 11.2) e</p><p>aquecido até uma temperatura na qual a ferrita se transforma em austenita; a austenita é então tem-</p><p>perada, o que a transforma em martensita.</p><p>Nas grafitas em nódulos e em rosetas, os ferros fundidos nodular e maleável são formados em</p><p>primeiro lugar (novamente, como descrito na Seção 11.2) e então são austenitizados e temperados.</p><p>Verificação de Conceitos 11.3</p><p>Pergunta: Qual é a diferença principal entre o latão e o bronze?</p><p>Resposta: Tanto os latões quanto os bronzes são ligas à base de cobre. Nos latões, o principal elemento</p><p>de liga é o zinco, enquanto os bronzes são ligados com outros elementos, tais como o estanho, alumí-</p><p>nio, silício ou níquel.</p><p>Verificação de Conceitos 11.4</p><p>Pergunta: Explicar por que, sob certas circunstâncias, não é aconselhável soldar uma estrutura fabri-</p><p>cada a partir de uma liga de alumínio 3003. Sugestão: você pode querer consultar a Seção 7.12.</p><p>Resposta: O aumento da resistência de uma liga de alumínio 3003 é obtido por trabalho a frio. A sol-</p><p>dagem de uma estrutura feita com a liga 3003 trabalhada a frio fará com que ela sofra recristalização</p><p>e uma resultante perda de resistência.</p><p>Verificação de Conceitos 11.5</p><p>Pergunta: Com base na temperatura de fusão, resistência à oxidação, limite de escoamento e grau de</p><p>fragilidade, discutir se seria ou não aconselhável submeter os seguintes materiais a processos de traba-</p><p>lho a quente ou trabalho a frio: (a) ligas de alumínio e (b) ligas de magnésio. Sugestão: você pode que-</p><p>rer consultar as Seções 7.10 e 7.12.</p><p>Verificação de Conceitos - Perguntas e Respostas • 21</p><p>Resposta: A maioria das ligas de alumínio pode ser trabalhada a frio, uma vez que são dúcteis e têm</p><p>limites de escoamento relativamente baixos.</p><p>As ligas de magnésio são normalmente trabalhadas a quente, uma vez que são bastante frágeis</p><p>na temperatura ambiente. Além disso, as ligas de magnésio têm temperaturas de recristalização rela-</p><p>tivamente baixas.</p><p>Verificação de Conceitos 11.6</p><p>Pergunta: (a) Citar duas vantagens da metalurgia do pó em relação à fundição. (b) Citar duas desvan-</p><p>tagens.</p><p>Resposta:</p><p>(a) As vantagens da metalurgia do pó em relação à fundição são as seguintes:</p><p>1) Ela é usada para ligas que apresentam temperaturas de fusão elevadas.</p><p>2) Têm-se melhores tolerâncias dimensionais.</p><p>3) Pode-se introduzir porosidade no material em proporções que podem ser controladas (o que é</p><p>desejável em algumas aplicações, tais como em mancais autolubrificantes).</p><p>(b) As desvantagens da metalurgia do pó em relação à fundição são as seguintes:</p><p>1) A produção do pó é de alto custo.</p><p>2) É necessário um tratamento térmico após a compactação.</p><p>Verificação de Conceitos 11.7</p><p>Pergunta: Quais são as principais diferenças entre a soldagem, solda brasagem (solda forte) e solda</p><p>branca (solda fraca)? Você pode precisar consultar outra referência.</p><p>Resposta: Na soldagem existe a fusão das peças a serem unidas na vizinhança da ligação; um material</p><p>de enchimento pode ou não ser usado.</p><p>Na solda brasagem (solda forte), um material de enchimento é usado, o qual apresenta tempera-</p><p>tura de fusão acima de aproximadamente 425ºC (800ºF); o material de enchimento é fundido,</p><p>enquanto as peças a serem unidas não são fundidas.</p><p>Na solda branca (solda fraca), é usado um material de enchimento que apresenta temperatura de</p><p>fusão abaixo de aproximadamente 425ºC (800ºF); o material de enchimento é fundido, enquanto as</p><p>peças a serem unidas não são fundidas.</p><p>Verificação de Conceitos 11.8</p><p>Pergunta: Citar os três fatores que influenciam o grau segundo o qual a martensita é formada ao longo</p><p>da seção transversal de uma amostra de aço. Para cada um deles, dizer como a extensão da formação</p><p>da martensita pode ser aumentada.</p><p>Resposta: Os três fatores que influenciam a fração de martensita formada são os seguintes:</p><p>1) Elementos de liga: a adição de elementos de liga aumenta a fração de martensita que se forma.</p><p>2) Tamanho e forma da amostra: a fração de martensita formada aumenta à medida que a seção</p><p>transversal da amostra diminui e à medida que o grau de irregularidade da forma da amostra</p><p>aumenta.</p><p>3) Meio de têmpera: quanto mais severa for a têmpera, mais martensita será formada. A água pro-</p><p>porciona um meio de têmpera mais severo do que o óleo, o qual é seguido pelo ar. A agitação</p><p>do meio também melhora a severidade da têmpera.</p><p>Capítulo 12</p><p>Estruturas e propriedades das Cerâmicas</p><p>Verificação de Conceitos 12.1</p><p>Pergunta: A Tabela 12.3 fornece os raios iônicos para os íons K+ e O–2 como iguais a 0,138 e 0,140 nm,</p><p>respectivamente.</p><p>(a) Qual seria o número de coordenação para cada íon O–2?</p><p>(b) Descrever sucintamente a estrutura cristalina resultante para o K2O.</p><p>(c) Explicar por que essa estrutura é chamada uma estrutura antifluorita.</p><p>Resposta:</p><p>(a) Em primeiro lugar, vamos determinar o número de coordenação para cada íon O2– no K2O. Cal-</p><p>culando a razão entre os raios do cátion e do ânion,</p><p>rK+</p><p>=rO2-</p><p>0,138 nm</p><p>0,140 nm</p><p>= 0,986</p><p>A partir da Tabela 12.2, o número de coordenação para o oxigênio é oito.</p><p>(b) De acordo com a Tabela 12.4, para um número de coordenação de oito, tanto para os cátions quanto</p><p>para os ânions, a estrutura cristalina deve ser a do cloreto de césio. Entretanto, existem duas vezes</p><p>mais íons K+ do que íons O2–. Portanto, os centros dos íons K+ estão posicionados</p><p>nos vértices de</p><p>células unitárias cúbicas, enquanto a metade dos centros dos cubos é ocupada por íons O2–.</p><p>(c) Essa estrutura é chamada de estrutura cristalina antifluorita, porque os ânions e os cátions estão</p><p>trocados uns com os outros em relação à estrutura da fluorita (Figura 12.5).</p><p>Verificação de Conceitos 12.2</p><p>Pergunta: Dizer se é possível a existência de um defeito de Schottky no K2O. Se isso for possível, des-</p><p>crever sucintamente esse tipo de defeito. Se isso não for possível, então explicar a razão.</p><p>Resposta: Essa pergunta pode ser respondida de duas maneiras, quais sejam:</p><p>(1) Sim, os defeitos de Schottky podem existir no K2O; cada defeito irá consistir em uma lacuna de</p><p>O2– e em duas lacunas de K+.</p><p>(2) Não, no sentido mais estrito, o defeito de Schottky não pode existir no K2O se for considerado que</p><p>esse tipo de defeito consiste em um par cátion-ânion; para cada lacuna de O2– criada, deverão exis-</p><p>tir duas lacunas de K+.</p><p>Verificação de Conceitos 12.3</p><p>Pergunta: Quais defeitos pontuais são possíveis para o MgO como uma impureza no Al2O3? Quantos</p><p>íons Mg2+ devem ser adicionados para formar cada um desses defeitos?</p><p>Resposta: Para cada íon Mg2+ que substitui um íon Al3+ no Al2O3, uma única carga positiva é removida.</p><p>Dessa forma, para manter a neutralidade das cargas, ou uma carga positiva deve ser adicionada, ou</p><p>uma carga negativa deve ser removida.</p><p>Cargas positivas são adicionadas pela formação de intersticiais de Al3+, e um intersticial de Al3+</p><p>seria formado para cada três íons Mg2+ que fossem adicionados.</p><p>Verificação de Conceitos - Perguntas e Respostas • 23</p><p>Cargas negativas podem ser removidas pela formação de lacunas de O2–, e uma lacuna de oxigê-</p><p>nio seria formada para cada dois íons Mg2+ que fossem adicionados.</p><p>Verificação de Conceitos 12.4</p><p>Pergunta:</p><p>(a) Para o sistema SiO2-Al2O3, qual é a temperatura máxima possível sem a formação de uma fase</p><p>líquida?</p><p>(b) Em qual composição ou para qual faixa de composições essa temperatura máxima será atingida?</p><p>Resposta: (a) De acordo com a Figura 12.25, essa temperatura máxima é de 1890 ± 10ºC, (b) a qual é</p><p>possível para composições entre aproximadamente 77%p Al2O3 e virtualmente 100%p Al2O3.</p><p>Capítulo 13</p><p>aplicações e processamento das Cerâmicas</p><p>Verificação de Conceitos 13.1</p><p>Pergunta: Explicar sucintamente por que em geral as vidrocerâmicas não são transparentes. Sugestão:</p><p>Você pode querer consultar o Capítulo 21.</p><p>Resposta: Os materiais vidrocerâmicos podem não ser transparentes, porque são policristalinos. A luz</p><p>será espalhada nos contornos dos grãos nos materiais policristalinos se o índice de refração for aniso-</p><p>trópico e quando aqueles grãos adjacentes ao contorno tiverem orientações cristalográficas diferen-</p><p>tes. Esse fenômeno está discutido na Seção 21.10. Além disso, como também será observado na Seção</p><p>21.10, os materiais virdocerâmicos podem ser transparentes se os tamanhos dos cristais forem meno-</p><p>res do que os comprimentos de onda da luz visível.</p><p>Verificação de Conceitos 13.2</p><p>Pergunta: Considerando o diagrama de fases para o sistema SiO2-Al2O3 (Figura 12.25) para o seguinte</p><p>par de composições, qual composição você julga apresentar as características refratárias mais desejá-</p><p>veis? Justificar sua escolha.</p><p>20%p Al2O3-80%p SiO2</p><p>25%p Al2O3-75%p SiO2.</p><p>Resposta: A composição de 25%p Al2O3-75%p SiO2 será mais desejável porque a temperatura liqui-</p><p>dus será maior para essa composição (1740ºC versus 1710ºC); portanto, em qualquer temperatura den-</p><p>tro da região da mulita + líquido no diagrama de fases irá existir uma menor fração de fase líquida</p><p>presente do que para a composição de 20%p Al2O3-80%p SiO2; dessa forma, a integridade mecânica</p><p>será maior.</p><p>Verificação de Conceitos 13.3</p><p>Pergunta: Explicar por que é importante moer o cimento na forma de um pó fino.</p><p>Resposta: É importante moer o cimento na forma de um pó fino porque dessa maneira há um aumento</p><p>da área superficial das partículas de cimento. As reações de hidratação entre a água e o cimento ocor-</p><p>rem na superfície das partículas do cimento. Portanto, o aumento da área superficial disponível per-</p><p>mite maiores quantidades de ligações.</p><p>Verificação de Conceitos 13.4</p><p>Pergunta: Como a espessura de uma peça de vidro afeta a magnitude das tensões térmicas que podem</p><p>ser introduzidas? Por quê?</p><p>Resposta: Quanto mais fina for a espessura de uma peça de vidro, menores serão as tensões térmicas</p><p>introduzidas quando a peça for aquecida ou resfriada. A razão para isso é que a diferença na tempe-</p><p>ratura ao longo da seção transversal da peça e, portanto, a diferença no grau de expansão ou de con-</p><p>tração irão diminuir com a diminuição da espessura.</p><p>Verificação de Conceitos - Perguntas e Respostas • 25</p><p>Verificação de Conceitos 13.5</p><p>Pergunta: As peças cerâmicas mais espessas são mais suscetíveis ao desenvolvimento de trincas durante</p><p>a secagem do que as peças mais finas. Por que esse é o caso?</p><p>Resposta: As peças cerâmicas mais espessas têm maior probabilidade de trincar durante a secagem</p><p>do que as peças mais finas pela diferença na contração em volume que existe entre a superfície e o</p><p>interior ao longo da seção transversal da peça, a qual será maior quanto mais espessa for a peça. A</p><p>razão para isso é que na peça mais espessa a água que está sendo eliminada durante a secagem tem</p><p>de percorrer uma maior distância do interior até a superfície.</p><p>Verificação de Conceitos 13.6</p><p>Pergunta: Explicar por que uma argila, uma vez tendo sido cozida em uma temperatura elevada, perde</p><p>sua hidroplasticidade.</p><p>Resposta: O fenômeno da hidroplasticidade ocorre quando as moléculas de água formam uma fina</p><p>película ao redor das pequenas partículas de argila. Durante o cozimento, essas partículas individuais</p><p>se fundem umas com as outras por causa do líquido viscoso que preenche o volume dos poros entre</p><p>as partículas (o volume dos poros que era ocupado pela água no estado hidroplástico). Esse líquido</p><p>viscoso forma uma matriz vítrea no resfriamento subsequente.</p><p>Capítulo 14</p><p>Estruturas dos polímeros</p><p>Verificação de Conceitos 14.1</p><p>Pergunta: Fazer a distinção entre polimorfismo (ver o Capítulo 3) e isomerismo.</p><p>Resposta: Polimorfismo ocorre quando duas ou mais estruturas cristalinas são possíveis para um</p><p>material com dada composição. Isomerismo ocorre quando duas ou mais moléculas de polímeros ou</p><p>unidades repetidas têm a mesma composição, porém arranjos atômicos diferentes.</p><p>Verificação de Conceitos 14.2</p><p>Pergunta: Com base nas estruturas apresentadas na seção anterior, esboçar a estrutura da unidade repe-</p><p>tida para o polifluoreto de vinila).</p><p>Resposta: Uma vez que o poli(cloreto de vinila) apresenta a estrutura repetida da Figura 14.2(b), a</p><p>substituição do átomo de cloro ligado lateralmente por um átomo de flúor irá gerar uma unidade</p><p>repetida do polifluoreto de vinila), como mostrado.</p><p>H H</p><p>H F</p><p>C —C— C</p><p>Verificação de Conceitos 14.3</p><p>Pergunta: Qual é a diferença entre configuração e conformação no que se refere às cadeias de polímeros?</p><p>Resposta: Em relação às cadeias de polímeros, a diferença que existe entre configuração e conforma-</p><p>ção é que o termo conformação é usado para fazer referência ao perfil ou à forma da cadeia molecular,</p><p>enquanto o termo configuração se refere ao arranjo das posições dos átomos ao longo da cadeia, as</p><p>quais não podem ser alteradas, exceto pela quebra e restabelecimento de ligações primárias.</p><p>Verificação de Conceitos 14.4</p><p>Pergunta: Alguns polímeros (como os poliésteres) podem ser tanto termoplásticos quanto termofixos.</p><p>Sugerir uma razão para esse fenômeno.</p><p>Resposta: Os poliésteres termofixos terão ligações cruzadas, enquanto os termoplásticos irão apresen-</p><p>tar estruturas lineares sem nenhum grau apreciável de ligações cruzadas.</p><p>Verificação de Conceitos 14.5</p><p>Pergunta: (a) Comparar o estado cristalino nos metais e nos polímeros. (b) Comparar o estado não</p><p>cristalino na medida em que este se aplica aos polímeros e aos vidros cerâmicos.</p><p>Resposta:</p><p>(a) Nos metais cristalinos, os átomos individuais estão posicionados segundo um arranjo</p><p>periódico ou</p><p>ordenado ao longo de distâncias atômicas relativamente grandes. A ordenação de larga escala nos</p><p>cristais de polímeros resulta da compactação de cadeias poliméricas adjacentes.</p><p>(b) Para os vidros cerâmicos não cristalinos, a aleatoriedade atômica existe fora da unidade de SiO4</p><p>4–.</p><p>A desordem nos polímeros resulta de faltas de alinhamento das cadeias.</p><p>Capítulo 15</p><p>Características, aplicações e processamento dos polímeros</p><p>Verificação de Conceitos 15.1</p><p>Pergunta: Ao citar a ductilidade como uma porcentagem do alongamento para os polímeros semicris-</p><p>talinos, não é necessário especificar o comprimento útil do corpo de provas, como é o caso para os</p><p>metais. Por que isso?</p><p>Resposta: A razão pela qual não é necessário especificar o comprimento útil do corpo de provas</p><p>quando se cita o alongamento percentual para polímeros semicristalinos é porque, no caso dos polí-</p><p>meros semicristalinos que apresentam estricção, esta se propaga normalmente ao longo de todo o</p><p>comprimento útil do corpo de provas antes da ocorrência da fratura; dessa forma, não existe uma</p><p>estricção localizada, como ocorre com os metais, e a magnitude do alongamento percentual é inde-</p><p>pendente do comprimento útil do corpo de provas.</p><p>Verificação de Conceitos 15.2</p><p>Pergunta: Um poliestireno amorfo que é deformado à temperatura de 120oC irá exibir qual dos com-</p><p>portamentos mostrados na Figura 15.5?</p><p>Resposta: O poliestireno amorfo na temperatura de 120oC se comporta como uma borracha (ver a</p><p>Figura 15.8, curva C); portanto, o comportamento da deformação em função do tempo seria seme-</p><p>lhante ao mostrado na Figura 15.5(c).</p><p>Verificação de Conceitos 15.3</p><p>Pergunta: Para o seguinte par de polímeros, fazer o seguinte: (1) estabelecer se é ou não possível decidir</p><p>se um dos polímeros tem maior módulo de tração do que o outro; (2) se isso for possível, indicar qual</p><p>polímero tem o maior módulo de tração e, então, citar a(s) razão(ões) para essa escolha; e (3) se essa</p><p>decisão não for possível, então explicar por quê.</p><p>• Poliestireno sindiotático com peso molecular médio pelo número de moléculas de 400.000 g/mol</p><p>• Poliestireno isotático com peso molecular médio pelo número de moléculas de 650.000 g/mol.</p><p>Resposta: Não, isso não é possível. Tanto o poliestireno sindiotático quanto o poliestireno isotático</p><p>têm tendência de cristalizar e, portanto, assumimos que têm aproximadamente a mesma cristalini-</p><p>dade. Além disso, uma vez que o módulo de tração é virtualmente independente do peso molecular,</p><p>esperaríamos que ambos os materiais apresentassem aproximadamente o mesmo módulo.</p><p>Verificação de Conceitos 15.4</p><p>Pergunta: Para o seguinte par de polímeros, fazer o seguinte: (1) estabelecer se é ou não possível decidir</p><p>se um dos polímeros tem maior limite de resistência à tração do que o outro; (2) se isso for possível,</p><p>indicar qual polímero tem o maior limite de resistência à tração e, então, citar a(s) razão(ões) para essa</p><p>escolha; e (3) se essa decisão não for possível, então explicar por quê.</p><p>• Poliestireno sindiotático com peso molecular médio em número de 600.000 g/mol</p><p>• Poliestireno isotático com peso molecular médio em número de 500.000 g/mol.</p><p>Resposta: Sim, isso é possível. O poliestireno sindiotático tem o maior limite de resistência à tração.</p><p>Tanto o polímero sindiotático quanto o polímero isotático tendem a cristalizar e, portanto, assumimos</p><p>28 • Verificação de Conceitos - Perguntas e Respostas</p><p>que ambos os materiais têm aproximadamente a mesma cristalinidade. Entretanto, o módulo de tra-</p><p>ção aumenta com o aumento do peso molecular, e o poliestireno sindiotático tem o maior peso mole-</p><p>cular (600.000 g/mol contra 500.000 g/mol para o material isotático).</p><p>Verificação de Conceitos 15.5</p><p>Pergunta: Para o seguinte par de polímeros, traçar e identificar em um mesmo gráfico as respectivas</p><p>curvas esquemáticas tensão-deformação.</p><p>• Copolímero poliestireno-butadieno aleatório com peso molecular médio pelo número de moléculas</p><p>de 100.000 g/mol e 10% dos sítios disponíveis com ligações cruzadas, a 20oC.</p><p>• Copolímero poliestireno-butadieno aleatório com peso molecular médio pelo número de moléculas</p><p>de 120.000 g/mol e 15% dos sítios disponíveis com ligações cruzadas, a –85oC.</p><p>Sugestão: Copolímeros poliestireno-butadieno podem exibir comportamento elastomérico.</p><p>Resposta: Estão mostradas as curvas tensão-deformação para os dois copolímeros poliestireno-</p><p>butadieno aleatórios.</p><p>20oC</p><p>– 85oC</p><p>Deformação</p><p>Te</p><p>ns</p><p>ão</p><p>O copolímero testado a 20ºC irá exibir comportamento elastomérico (curva C na Figura 15.1), visto</p><p>que é um copolímero aleatório com algumas ligações cruzadas; além disso, a temperatura do teste está</p><p>acima de sua temperatura de transição vítrea. Por outro lado, uma vez que –85ºC está abaixo da tem-</p><p>peratura de transição vítrea do outro copolímero poliestireno-butadieno, o comportamento tensão-</p><p>deformação sob essas condições é semelhante à curva A na Figura 15.1.</p><p>Verificação de Conceitos 15.6</p><p>Pergunta: Em termos da estrutura molecular, explicar por que o fenol-formaldeído (baquelite) não será</p><p>um elastômero. (A estrutura molecular para o fenol-formaldeído está apresentada na Tabela 14.3.)</p><p>Resposta: As moléculas nos elastômeros devem consistir em cadeias bidimensionais com algumas</p><p>ligações cruzadas e que sejam capazes de torcer e dobrar quando não estiverem sob tensão. O fenol-</p><p>formaldeído tem estrutura tridimensional rígida que consiste em unidades trifuncionais repetidas, o</p><p>que não atende a esses critérios de conformação e de flexibilidade das cadeias.</p><p>Verificação de Conceitos 15.7</p><p>Pergunta: Para cada um dos seguintes polímeros, traçar e legendar uma curva esquemática para o</p><p>volume específico em função da temperatura (incluir ambas as curvas no mesmo gráfico):</p><p>Verificação de Conceitos - Perguntas e Respostas • 29</p><p>• Polipropileno esferulítico com 25% de cristalinidade e peso molecular médio em peso de</p><p>75.000 g/mol.</p><p>• Poliestireno esferulítico com 25% de cristalinidade e peso molecular médio em peso de 100.000</p><p>g/mol.</p><p>Resposta: As curvas para o volume específico em função da temperatura para o polipropileno e o</p><p>poliestireno estão mostradas a seguir.</p><p>Vo</p><p>lu</p><p>m</p><p>e</p><p>E</p><p>sp</p><p>ec</p><p>ífi</p><p>co</p><p>Temperatura</p><p>Poliestireno</p><p>Polipropileno</p><p>Uma vez que ambos os polímeros têm cristalinidade de 25%, eles irão exibir um comportamento</p><p>semelhante ao representado pela curva B na Figura 15.18. No entanto, o poliestireno irá apresentar</p><p>temperaturas de fusão e de transição vítrea mais elevadas, consequência do grupo lateral mais volu-</p><p>moso na estrutura da sua unidade repetida e ainda porque ele também tem peso molecular médio</p><p>pelo peso das moléculas mais elevado.</p><p>Verificação de Conceitos 15.8</p><p>Pergunta: Para os dois polímeros descritos a seguir, fazer o seguinte: (1) dizer se é ou não possível deter-</p><p>minar se um polímero apresenta uma temperatura de fusão mais elevada do que o outro; (2) se isso for</p><p>possível, dizer qual polímero apresenta a maior temperatura de fusão, e então citar a(s) razão(ões) para</p><p>sua escolha; e (3) se essa decisão não for possível, dizer por quê.</p><p>• Poliestireno isotático com densidade de 1,12 g/cm3 e peso molecular médio em peso de 150.000 g/mol.</p><p>• Poliestireno sindiotático com densidade de 1,10 g/cm3 e peso molecular médio em peso de 125.000 g/mol.</p><p>Resposta: Sim, é possível determinar qual dentre os dois poliestirenos tem o maior valor de Tf. O</p><p>poliestireno isotático irá apresentar a temperatura de fusão mais elevada, pois ele tem maior massa</p><p>específica (isto é, um menor grau de ramificações) e também seu maior peso molecular médio.</p><p>Verificação de Conceitos 15.9</p><p>Pergunta: Durante os meses de inverno, a temperatura em algumas partes do Alasca pode ser tão baixa</p><p>quanto –55oC (–65oF). Entre os elastômeros isopreno natural, estireno-butadieno, acrilonitrila-buta-</p><p>dieno, cloropreno e polissiloxano, qual(is) seria(m) adequado(s) para compor os pneus de automóveis</p><p>sob essas condições? Por quê?</p><p>Resposta: A partir da Tabela 15.4, apenas o poli-isopreno natural, o poli(estireno-butadieno) e o</p><p>polissiloxano apresentam faixas de temperaturas úteis que se estendem até abaixo de –55ºC. Em</p><p>temperaturas abaixo do limite inferior da faixa de temperaturas útil, os outros elastômeros lista-</p><p>dos nessa tabela se tornam frágeis e, portanto, não são adequados para a fabricação de pneus de</p><p>automóveis.</p><p>30 • Verificação de Conceitos - Perguntas e Respostas</p><p>Verificação de Conceitos 15.10</p><p>Pergunta: Os polímeros à base de silicone podem ser preparados para existir como líquidos à tempera-</p><p>tura ambiente. Citar diferenças na estrutura molecular entre eles e os elastômeros à base de silicone.</p><p>Sugestão: Você pode querer consultar as Seções 14.5 e 15.9.</p><p>Resposta: Os silicones líquidos terão pesos moleculares baixos e uma pequena quantidade de ligações</p><p>cruzadas, enquanto os pesos moleculares para os elastômeros serão muito maiores; os elastômeros</p><p>também irão apresentar algumas ligações cruzadas.</p><p>Verificação de Conceitos 15.11</p><p>Pergunta: Dizer se o peso molecular de um polímero sintetizado por meio de polimerização por adição</p><p>será relativamente alto, médio ou relativamente baixo, levando em consideração as seguintes situações:</p><p>(a) Iniciação rápida, propagação lenta e terminação rápida.</p><p>(b) Iniciação lenta, propagação rápida e terminação lenta.</p><p>(c) Iniciação rápida, propagação rápida e terminação lenta.</p><p>(d) Iniciação lenta, propagação lenta e terminação rápida.</p><p>Resposta:</p><p>(a) Para a iniciação rápida, propagação lenta e terminação rápida, o peso molecular será relativa-</p><p>mente baixo.</p><p>(b) Para a iniciação lenta, propagação rápida e terminação lenta, o peso molecular será relativamente alto.</p><p>(c) Para a iniciação rápida, propagação rápida e terminação lenta, o peso molecular será médio.</p><p>(d) Para a iniciação lenta, propagação lenta e terminação rápida, o peso molecular será baixo ou médio.</p><p>Verificação de Conceitos 15.12</p><p>Pergunta: O náilon 6,6 pode ser formado por uma reação de polimerização por condensação em que</p><p>o hexametilenodiamina [NH2-(CH2)6-NH2] e o ácido adípico reagem um com o outro, com a formação</p><p>de água como um subproduto. Escrever essa reação da mesma maneira que a Equação 15.9. Nota: a</p><p>estrutura do ácido adípico é a seguinte:</p><p>H</p><p>H</p><p>C C</p><p>H H</p><p>H H</p><p>CHO C</p><p>H</p><p>H</p><p>OH</p><p>O</p><p>C</p><p>O</p><p>C</p><p>Resposta: A seguir, está representada a reação entre o hexametilenodiamina e o ácido adípico para</p><p>produzir náilon 6,6 com água como um subproduto:</p><p>H</p><p>H</p><p>N</p><p>H</p><p>H</p><p>C</p><p>H</p><p>H</p><p>N C</p><p>O</p><p>OH</p><p>+</p><p>H</p><p>H</p><p>C C</p><p>O</p><p>OH</p><p>6 4</p><p>Verificação de Conceitos - Perguntas e Respostas • 31</p><p>H</p><p>N</p><p>H</p><p>H</p><p>C</p><p>6</p><p>H</p><p>N C</p><p>O</p><p>H</p><p>H</p><p>C</p><p>4</p><p>C</p><p>O</p><p>+ 2H O2</p><p>Verificação de Conceitos 15.13</p><p>Pergunta:</p><p>(a) Por que a pressão de vapor de um plastificante deve ser relativamente baixa?</p><p>(b) Como a cristalinidade de um polímero será afetada pela adição de um plastificante? Por quê?</p><p>(c) Como a adição de um plastificante influencia o limite de resistência à tração de um polímero? Por quê?</p><p>Respostas:</p><p>(a) Se a pressão de vapor de um plastificante não for relativamente baixa, o plastificante poderá eva-</p><p>porar, o que resultará em uma fragilização do polímero.</p><p>(b) A cristalinidade de um polímero ao qual tenha sido adicionado um plastificante será reduzida,</p><p>uma vez que as moléculas do plastificante se infiltram entre as moléculas do polímero, o que irá</p><p>causar um maior desalinhamento deste último.</p><p>(c) O limite de resistência à tração de um polímero será reduzido quando um plastificante for adicio-</p><p>nado. Uma vez que as moléculas do plastificante forçam a separação das moléculas da cadeia do</p><p>polímero, as magnitudes das ligações secundárias entre as cadeias são reduzidas, o que enfraquece</p><p>o material, uma vez que a resistência é função da magnitude dessas ligações.</p><p>Verificação de Conceitos 15.14</p><p>Pergunta: Para um componente de borracha que, em sua forma final, deve estar vulcanizado, dizer se a</p><p>vulcanização deve ser realizada antes ou após a operação de conformação. Por quê? Sugestão: Pode ser</p><p>útil consultar a Seção 15.9.</p><p>Resposta: A vulcanização de um componente de borracha deve ser conduzida antes da operação de</p><p>conformação, uma vez que, após a vulcanização, a deformação plástica (e, portanto, a conformação)</p><p>não será mais possível, uma vez que foram introduzidas ligações cruzadas entre as cadeias.</p><p>CAPÍTULO 16</p><p>Compósitos</p><p>Veri�cação de Conceitos 16.1</p><p>Pergunta: Cite a diferença geral no mecanismo de aumento da resistência entre os compósitos reforça-</p><p>dos com partículas grandes e os compósitos reforçados por dispersão.</p><p>Resposta: A principal diferença nos mecanismos de aumento de resistência entre os compósitos refor-</p><p>çados com partículas grandes e os compósitos reforçados por dispersão está no fato de que, no caso</p><p>dos compósitos com partículas grandes, as interações entre as partículas e a matriz não são tratadas</p><p>no nível molecular, enquanto, no caso do aumento da resistência por dispersão, essas interações são</p><p>tratadas no nível molecular.</p><p>Veri�cação de Conceitos 16.2</p><p>Pergunta: Na tabela que se segue, estão listados quatro compósitos hipotéticos reforçados com �bras</p><p>alinhadas (identi�cados por A a D), juntamente com suas respectivas características. Com base nesses</p><p>dados, classi�car os quatro compósitos em ordem decrescente de resistência na direção longitudinal, e</p><p>então justi�car sua classi�cação.</p><p>Resposta: A classi�cação da maior para a menor resistência na direção longitudinal é a seguinte:</p><p>C, D, B e A. O compósito C é o mais resistente, uma vez que as �bras de carbono são contínuas e mais</p><p>resistentes do que as �bras de vidro, e também porque ele apresenta a maior fração volumétrica de</p><p>�bras. O compósito D tem menor resistência do que o compósito C, pois apresenta um menor valor</p><p>de Vf ; por outro lado, nele as �bras de carbono também são contínuas. O material B é o próximo, pois</p><p>as �bras de vidro são menos resistentes do que as �bras de carbono; essas �bras também são contí -</p><p>nuas. O compósito A é o menos resistente, uma vez que é composto pelas �bras de vidro menos resis-</p><p>tentes, as �bras são descontínuas e o valor de Vf é o menor dentre os quatro materiais.</p><p>Veri�cação de Conceitos 16.3</p><p>Pergunta: Citar uma característica desejável e uma característica menos desejável para compósitos</p><p>reforçados com �bras (1) descontínuas e orientadas e (2) descontínuas e com orientação aleatória.</p><p>Resposta: Para os compósitos reforçados com �bras descontínuas e orientadas, uma característica</p><p>desejável é o fato de o compósito ser relativamente resistente e rígido em uma direção; uma caracte-</p><p>rística menos desejável é que as propriedades mecânicas são anisotrópicas.</p><p>Para os compósitos reforçados com �bras descontínuas e com orientação aleatória, uma caracte-</p><p>rística desejável é que as propriedades são isotrópicas; uma característica menos desejável é o fato de</p><p>não existir nenhuma direção de alta resistência.</p><p>A Vidro 0,20 3,5 3 103 8 0,70</p><p>B Vidro 0,35 3,5 3 103 12 0,75</p><p>C Carbono 0,40 5,5 3 103 8 0,40</p><p>D Carbono 0,30 5,5 3 103 8 0,50</p><p>Compósito Tipo de Fibra</p><p>Fração</p><p>Volumétrica</p><p>das Fibras (Vf)</p><p>Resistência das</p><p>Fibras (MPa)</p><p>Comprimento</p><p>Médio das Fibras</p><p>(mm)</p><p>Comprimento</p><p>Crítico (mm)</p><p>Capítulo 17</p><p>Corrosão e Degradação dos Materiais</p><p>Verificação de Conceitos 17.1</p><p>Pergunta: Você esperaria que o ferro sofresse corrosão em água de alta pureza? Por que sim ou por que não?</p><p>Resposta: O ferro não iria sofrer corrosão em um meio contendo água de alta pureza, pois todas as</p><p>reações de redução (Equações 17.3 a 17.7) dependem da presença de alguma substância de impureza,</p><p>tal como íons H+ ou Mn+, ou oxigênio dissolvido.</p><p>Verificação de Conceitos 17.2</p><p>Pergunta: Modifique a Equação 17.19 para o caso em que os metais M1 e M2 são ligas.</p><p>Resposta: Nesse caso, é necessário levar em consideração as composições dos metais M1 e M2. Se [M1]</p><p>e [M2] representam as concentrações dos metais M1 e M2 em suas respectivas ligas, a equação se torna</p><p>V= V0</p><p>2 2 V0</p><p>1( ) 2</p><p>RT</p><p>nF</p><p>ln</p><p>[Mn+</p><p>1 ], [M2]</p><p>[Mn+</p><p>2 ], [M1]</p><p>Verificação de Conceitos 17.3</p><p>Pergunta: Explicar sucintamente por que a polarização por concentração em geral não é responsável</p><p>pelo controle da velocidade em reações de oxidação.</p><p>Resposta: A polarização por concentração não é geralmente a responsável pelo controle da veloci-</p><p>dade em reações de oxidação, porque sempre irá existir um suprimento ilimitado de átomos do metal</p><p>na interface do eletrodo que está sendo corroído.</p><p>Verificação de Conceitos 17.4</p><p>Pergunta:</p><p>(a) A partir da série galvânica (Tabela 17.2), cite três metais ou ligas que possam ser usados para prote-</p><p>ger galvanicamente o níquel em seu estado ativo.</p><p>(b) Algumas vezes, a corrosão galvânica é evitada fazendo-se um contato elétrico entre ambos os metais</p><p>na liga e um terceiro metal que é anódico em relação a esses dois. Usando a série galvânica, cite um</p><p>metal que possa ser usado para proteger um par galvânico cobre-alumínio.</p><p>Resposta:</p><p>(a) Os seguintes metais e ligas podem ser usados para proteger galvanicamente o níquel em seu estado</p><p>ativo (i.e., estão localizados abaixo do Ni na série galvânica): estanho, chumbo, aços inoxidáveis 316</p><p>e 304, ferro fundido, ferro, aço, ligas de alumínio, cádmio, alumínio comercialmente puro, zinco,</p><p>magnésio e ligas de magnésio.</p><p>(b) Zinco, magnésio e ligas de magnésio podem ser usados para proteger um par galvânico cobre-alumínio.</p><p>Verificação de Conceitos 17.5</p><p>Pergunta: Cite dois exemplos de uso benéfico da corrosão galvânica. Sugestão: um exemplo é citado</p><p>posteriormente nesse capítulo.</p><p>Resposta: Dois usos benéficos da corrosão galvânica são a prevenção da corrosão por meio de proteção</p><p>catódica e a bateria de pilha seca.</p><p>34 • Verificação de Conceitos - Perguntas e Respostas</p><p>Verificação de Conceitos 17.6</p><p>Pergunta: Dizer se a Equação 17.23 é igualmente válida para as corrosões uniforme e por pites. Por que</p><p>sim ou por que não?</p><p>Resposta: A Equação 17.23 não é igualmente válida para as corrosões uniforme e por pites. A razão</p><p>para isso é que, com os pites, o ataque da corrosão é muito localizado, e um pite pode penetrar ao</p><p>longo de toda a espessura de uma peça (levando a uma falha) com perda de material e taxa de pene-</p><p>tração da corrosão muito pequenas. Na corrosão uniforme, a taxa de penetração da corrosão repre-</p><p>senta de forma precisa a extensão do dano causado pela corrosão.</p><p>Verificação de Conceitos 17.7</p><p>Pergunta: As latas de estanho são feitas a partir de um aço cujo interior está revestido com uma fina</p><p>camada de estanho. O estanho protege o aço contra a corrosão causada pelos produtos alimentícios, da</p><p>mesma maneira que o zinco protege o aço contra a corrosão atmosférica. Explique sucintamente como</p><p>é possível essa proteção catódica das latas de estanho, uma vez que o estanho é eletroquimicamente</p><p>menos ativo do que o aço na série galvânica (Tabela 17.2).</p><p>Resposta: O estanho oferece proteção galvânica ao aço nas latas de estanho apesar de este ser eletro-</p><p>quimicamente menos ativo do que o aço na série galvânica. A razão para isso é que a série galvânica</p><p>representa as reatividades dos metais e das ligas na água do mar; entretanto, para as soluções nos ali-</p><p>mentos que estão contidos em latas, o estanho é o metal mais ativo.</p><p>Verificação de Conceitos 17.8</p><p>Pergunta: A partir de uma perspectiva molecular, explique por que o aumento no número de ligações</p><p>cruzadas e na cristalinidade de um material polimérico melhora sua resistência ao inchamento e à dis-</p><p>solução. Você espera que o número de ligações cruzadas ou a cristalinidade apresente a maior influên-</p><p>cia? Justifique sua escolha. Sugestão: Pode ser útil consultar as Seções 14.7 e 14.11.</p><p>Resposta: Durante o inchamento e a dissolução de materiais poliméricos, as moléculas de soluto se</p><p>difundem e ocupam posições entre as macromoléculas do polímero, dessa forma forçando sua sepa-</p><p>ração. O acréscimo tanto do grau de ligações cruzadas quanto da cristalinidade irá aumentar a resis-</p><p>tência de um polímero contra esses tipos de degradação, uma vez que irá existir um maior grau de</p><p>ligações intermoleculares entre as cadeias adjacentes; isso restringe o número de moléculas de soluto</p><p>que podem penetrar nesses locais.</p><p>A formação de ligações cruzadas será mais efetiva. Para os polímeros lineares que são altamente</p><p>cristalinos, as ligações intermoleculares são ligações secundárias (van der Waals e/ou de hidrogênio)</p><p>e são relativamente fracas em comparação às fortes ligações covalentes que estão associadas às liga-</p><p>ções cruzadas.</p><p>Verificação de Conceitos 17.9</p><p>Pergunta: Liste três diferenças entre a corrosão nos metais e:</p><p>(a) a corrosão nas cerâmicas, e</p><p>(b) a degradação dos polímeros.</p><p>Resposta:</p><p>(a) Três diferenças entre a corrosão nos metais e a corrosão nas cerâmicas são:</p><p>1) Os materiais cerâmicos são mais resistentes à corrosão do que os metais na maioria dos ambientes.</p><p>2) A corrosão nos materiais cerâmicos é normalmente apenas em um processo de dissolução quí-</p><p>mica, enquanto nos metais ela é geralmente eletroquímica.</p><p>3) As cerâmicas são mais resistentes à corrosão em temperaturas elevadas.</p><p>Verificação de Conceitos - Perguntas e Respostas • 35</p><p>(b) Três diferenças entre a corrosão nos metais e a degradação dos polímeros são:</p><p>1) A degradação dos polímeros é normalmente físico-química, enquanto, nos metais, a corrosão é</p><p>eletroquímica.</p><p>2) Os mecanismos de degradação para os polímeros são mais complexos do que os mecanismos</p><p>de corrosão dos metais.</p><p>3) São possíveis mais tipos de degradação para os polímeros — por exemplo, dissolução, incha-</p><p>mento e ruptura da ligação (por meio de radiação, calor e reações químicas).</p><p>Capítulo 18</p><p>propriedades Elétricas</p><p>Verificação de Conceitos 18.1</p><p>Pergunta: Se um material metálico for resfriado através de sua temperatura de fusão a uma taxa extre-</p><p>mamente rápida, ele irá formar um sólido não cristalino (i.e., um vidro metálico). A condutividade elé-</p><p>trica do metal não cristalino será maior ou menor do que a de seu análogo cristalino? Por quê?</p><p>Resposta: A condutividade elétrica de um vidro metálico será menor do que a de seu análogo crista-</p><p>lino. O vidro não apresentará virtualmente nenhuma estrutura atômica periódica e, como resultado</p><p>disso, os elétrons que estão envolvidos no processo de condução irão sofrer espalhamentos frequentes</p><p>e repetidos. (Não existe nenhum espalhamento de elétrons em uma rede cristalina atômica perfeita.)</p><p>Verificação de Conceitos 18.2</p><p>Pergunta: As resistividades elétricas à temperatura ambiente para o chumbo puro e o estanho puro são</p><p>de 2,06 3 10–7 e 1,11 3 10–7 Ω-m, respectivamente.</p><p>(a) Trace um gráfico esquemático da resistividade elétrica à temperatura ambiente em função da com-</p><p>posição para todas as composições entre o chumbo puro e o estanho puro.</p><p>(b) Nesse mesmo gráfico, trace esquematicamente a resistividade elétrica em função da composição a 150oC.</p><p>(c) Explique as formas dessas duas curvas, assim como quaisquer diferenças entre elas.</p><p>Sugestão: você pode querer consultar o diagrama de fases chumbo-estanho, mostrado na Figura 9.8.</p><p>Respostas:</p><p>(a) e (b) A seguir, é mostrada a resistividade elétrica em função da composição para ligas chumbo-es-</p><p>tanho tanto à temperatura ambiente quanto a 150ºC.</p><p>150oC</p><p>Temperatura Ambiente</p><p>Composição (%p Sn)</p><p>R</p><p>es</p><p>is</p><p>tiv</p><p>id</p><p>ad</p><p>e</p><p>E</p><p>lé</p><p>tr</p><p>ic</p><p>a</p><p>(c) Consultando o diagrama de fases Pb-Sn (Figura 9.8), observamos, pela extrapolação das duas cur-</p><p>vas solvus até a temperatura ambiente (p. ex., a 20ºC), que uma solução sólida monofásica de fase</p><p>α existe entre o chumbo puro e uma composição de aproximadamente 2%p Sn-98%p Pb. Além</p><p>disso, a faixa de composições ao longo da qual a fase β é estável se encontra entre aproximada-</p><p>mente 99%p Sn-1%p Pb e o estanho puro. Dentro dessas duas regiões de composição, a resistivi-</p><p>dade aumenta de acordo com a Equação 18.11; além disso, no gráfico apresentado, a resistividade</p><p>Verificação de Conceitos - Perguntas e Respostas • 37</p><p>do chumbo puro está representada (esquematicamente) como maior do que a resistividade do Sn</p><p>puro,</p>