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INTRODUÇÃO A ENGENHARIA E CIÊNCIAS DOS MATERIAIS 
1 Qual importância da evolução do desenvolvimento da disponibilidade de novos materiais 
para a sociedade? 
2 Listar seis diferentes propriedades dos materiais as quais determinam seus usos. Compare 
uma amostra de pneu com uma amostra de cobre em termos de três propriedades 
3 Liste as três classificações principais dos materiais sólidos. Cite características químicas 
que distinguem as três classes 
4 Cite dois materiais classificados como avançados apresentando características 
5] cite exemplo de materiais, e/ou processos que podem com a mesma composição, mas com 
estrutura diferentes apresentem propriedades e utilizações (cite) diferentes. 
ESTRUTURA ATÔMICA E LIGAÇÃO INTERATÔMICA 
6] Forneça as configurações eletrônicas para os seguintes íons: Fe2+, Fe3+, Cu+, Ba2+, Br- e S2-. 
7] Os números atômicos de três elementos A, B e C são 20,30 e 53, respectivamente. Indicar: 
 (a) Símbolo 
 (b) Configuração eletrônica 
 (c) Posição na tabela periódica 
 (d) Ordem por eletronegatividade 
 
8] Calcule a força de atração entre um íon K+ e um íon O2- cujos centros encontram-se separados 
por uma distância de 1,5nm. 
9] A energia potencial líquida entre dois íons adjacentes , EL, pode ser representada pela soma 
das Eqs. 2.8 e 2.9 (Callister, 5ª edição), isto é: 
 
 
 
 
 
 
 
Calcule a energia de ligação Eo em termos dos parâmetros A,B e n usando o seguinte 
procedimento: 
a) Obtenha a derivada de EL em relação a r, e então iguale a expressão resultante a zero, 
uma vez que a curva de EL em função de r apresenta um mínimo em Eo. 
b) Resolva esta equação para r em termos de A, B e n, o que fornece ro, o espaçamento 
interiônico em condições de equilíbrio. 
c) Determine a expressão para Eo pela substituição de ro na equação indicada no enunciado. 
10] Explique o motivo pelo qual os materiais ligados covalentemente são, em geral, menos densos 
do que aqueles ligados por meio de ligação iônica ou metálica. 
11] Calcule os porcentuais de caráter iônico das ligações interatômicas nos seguintes compostos: 
TiO2, ZnTe, CsCl, InSb, MgCl2. 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS 
Departamento de Engenharia - Engenharia de Materiais 
GNE 305 - Ciência dos Materiais 
1ª LISTA DE EXERCÍCIOS 
 
 
 
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12] Descreva detalhadamente os possíveis tipos de ligações/interações químicas formadas entre 
átomos e moléculas. Relacione cada tipo com um material encontrado no cotidiano. 
13]Diferencie os diferentes tipos de materiais quanto às suas propriedades físicas, químicas e 
mecânicas, típicas. 
ESTRUTURA DOS SÓLIDOS CRISTALINOS 
14] Se o raio atômico do alumínio é de 0,143nm, calcule o volume de sua célula unitária em 
metros cúbicos. 
15] Considere os sistemas cristalinos: Cúbico Simples (CS), Cúbico de Face Centrada (CFC) e 
Cúbico de Corpo Centrado (CCC). Para cada um dos sistemas relacionados calcule (e apresente 
ilustrações necessárias): 
 a) número de coordenação 
 b) a relação entre raio atômico e o parâmetro de rede 
 c) fator de empacotamento atômico 
 d) número de átomos contidos em cada célula unitária 
16] Calcule o raio de um átomo de irídio dado que o Ir possui uma estrutura cristalina CFC, uma 
densidade de 22,4g/cm3, e um peso atômico de 192,2g/mol. 
17] O ródio possui um raio atômico de 0,1345nm e uma densidade de 12,41g/cm3. Determine se 
ele possui uma estrutura cristalina CCC ou CFC. 
18] Realize o procedimento completo para determinar os índices 
de Miller para o plano da figura ao lado: 
 
 
 
19] Determine a densidade do plano (110) para CFC 
 
20] Calcule e compare as densidades lineares das direções [100] e [111] para a prata com 
estrutura cristalina CFC. 
 
21] Defina: a) material monocristalino, b) material policristalino, c) material amorfo, d) 
semicristalino 
 
IMPERFEIÇÕES EM SÓLIDOS 
22] O nióbio forma uma solução sólida substitucional com o vanádio. Calcule a porcentagem em 
peso do nióbio que deve ser adicionada ao vanádio para produzir uma liga que contenha 
1,55x1022 átomos de Nb por centímetro cúbico. As densidades do Nb puro e do V puro são de 
8,57 e 6,10g/cm3, respectivamente. 
 
 
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23] Qual é a composição, em porcentagem em peso, de uma liga que consiste em 6%a Pb e 
94%a Sn? 
 
24] Qual é a composição, em porcentagem atômica, de uma liga que consiste em 97%p Fe e 3%p 
Si? 
 
25] O molibdênio forma uma solução sólida substitucional com o tungstênio. Calcule a 
porcentagem em peso do molibdênio que deve ser adicionada ao tungstênio para produzir uma 
liga que contenha 1,0 x 1022 átomos de Mo por centímetro cúbico. As densidades do Mo puro e do 
W puro são de 10,22 e 19,30 g/cm3, respectivamente. 
 
26]Calcule o número de vacâncias por cm3 e o número de vacâncias por átomo de cobre 
(a) a temperatura ambiente e (b) a 1084oC (justo acima do ponto de fusão. 83,6 kJ são 
necessários para produzir uma vacância no cobre). 
 
27]Quais as conseqüências de um defeito tipo Frenkel na rede, por exemplo, do MgO? 
 
28] Cite algumas propriedades influenciadas diretamente pela presença de defeitos. 
 
DIFUSÃO 
29]Calcule o número de quilogramas de hidrogênio que passa a cada hora através de uma chapa 
de paládio com 5mm de espessura e que possui uma área de 0,20m2, estando o sistema a 500oC. 
Considere um coeficiente de difusão de 1,0 x 10-8 m2/s, que as concentrações de hidrogênio nos 
lados com alta e baixa pressão sejam de 2,4 e 0,6kg de hidrogênio por m3 de paládio, 
respectivamente, e que condições de estado estacionário tenham sido atingidas. 
30]Determine o tempo de carbonetação necessário para atingir uma concentração de carbono de 
0,45%p em uma posição 2mm em direção ao interior de uma liga ferro-carbono contendo 
inicialmente 0,20%pC. A concentração na superfície deve ser mantida em 1,30%pC, e o 
tratamento deve ser conduzido a uma temperatura de 1000oC. Utilize os dados de difusão para o 
Fe γ apresentados na tabela 5.2 do Callister. 
31]Explique sucintamente o conceito de estado estacionário e sua aplicação à difusão. 
32]O nitrogênio de uma fase gasosa deve ser difundido para o interior do ferro puro a 700oC. Se a 
concentração na superfície for mantida em 0,1%pN, qual será a concentração a 1mm da 
superfície após 10h? O coeficiente de difusão para o nitrogênio no ferro a 700oC é de 2,5 x 10-11 
m2/s. 
33]Cite os valores dos coeficientes de difusão para a interdifusão do carbono no ferro α (CCC) e 
no ferro γ (CFC) a 900oC. Qual coeficiente de difusão é maior? Explique por que isso acontece. 
34]Os coeficientes de difusão para o ferro e o níquel são dados a duas temperaturas diferentes: 
T(K) D(m2/s) 
1273 9,4 x 10-16 
1473 2,4 x 10-14 
 
a) Determine os valores de Do e a energia de ativação Qd. 
b) Qual é a magnitude de D a 1100oC (1373K)? 
 
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MATERIAIS AVANÇADOS (primeira aula) 
35] Os materiais avançados incluem os semicondutores, os biomateriais, os materiais inteligentes 
e os nanomateriais. Descreva cada classe. 
36]Cite exemplos de nanotecnologias bottom-up e top-down. 
37]Diferencie materiais biológicos e biomateriais. Cite exemplos de materiais aplicados na 
biomedicina e na indústria farmacêutica e, indique suas propriedades de interesse. 
38]Defina materiais lignocelulósicos e biossistemas.