CIÊNCIA DOS MATERIAIS

RESUMO DE EXERCÍCIOS DE TESTES/EXAMES I. Natureza da luz/matéria 1. Um forno de microondas utiliza radiações de frequência 2,5 × 103 Hz. Determine a energia associada a um fotão desse tipo de ondas. 2. Determine o comprimento de onda, λ para um electrão que se está a mover a uma velocidade de 3,0 × 10-5 m/s . 3. Determine a frequência associada a uma estação de rádio que transmite num comprimento de onda de 30,0 m. 4. Indique os cálculos, para a determinação do comprimento de onda em nm, de um ~e que se está a mover a uma velocidade de 2,0 × 105 m/s. 5. Determine o comprimento de onda, λ que pode ser detectado por uma foto célula feita com silício, se a largura de banda proibida entre a banda de valência e a banda de condução é de 1,12 eV.

(h = 6,63 × 10-34 Js; me = 9,1 × 10-31 Kg; 1eV= 1,6. 10 -19 J ; c = 3,0 × 10 8 m/s) II. Configurações electrónicas. Elementos. Propriedades. Ligações. Cristais. Núcleo. Soluções. A. Considere os seguintes elementos atómicos: 16S ; 11Na ; 8O 1. Deduza a configuração electrónica do enxofre. 2. Deduza a configuração electrónica do sódio. 3. Caracterize o ~e da orbital 2p1

y . 4. Caracterize o ~e, da orbital 4py

1, pelos respectivos números quânticos. 5. Relativamente à equação de Schrodinger, indique, o significado de ψ2( x, y, z). 6. Coloque por ordem crescente de energia, as seguintes orbitais atómicas:

4s2 3p6 4d10 4p6 3d10 5s2 2s2 B. 1. Caracterize o grupo da TP onde pertence o enxofre. 2. Caracterize o grupo da TP onde pertence o elemento, cuja configuração electrónica de valência é: 2s2 2p4. C. 1. Caracterize as ligações existentes entre átomos de enxofre e de sódio. 2. Caracterize, pela notação de Lewis, as ligações existentes entre dois átomos de oxigénio 3. Justifique a polaridade da molécula, SO2, pela notação de Lewis.

4. Caracterize, pela notação de Lewis, as ligações e a polaridade, existentes na molécula de Cl2O 5. Indique, justificando, a geometria de CS2. 6. Com base na notação de Lewis e na regra do octeto, caracterize a molécula de N2. 7. Justifique que a molécula de BCl3 é apolar 8. Determine, por cálculos, a ordem de ligação para ClO4

-. 9. Determine a ordem de ligação para o ião, SO4

2- . 10. Determine a ordem de ligação para o ião, NO3

- . D. 1. Indique o tipo de ligações existentes entre duas moléculas de água. 2. Caracterize as ligações inter moleculares nas substâncias cloro ( Cl2) e cloreto de hidrogénio (H Cl). 3. Caracterize o tipo de cristal que se obtém a partir de átomos de cloro, 17Cl e de sódio, 11Na. 4. Caracterize o cristal constituído por átomos de sódio. 5. Caracterize o cristal constituído por sódio e oxigénio. E. 1.Caracterize pela teoria das bandas, a condução do enxofre. 2.Caracterize pela teoria das bandas, a condução do sódio. 3. Caracterize o 4º estado da matéria, plasma. 4. Caracterize a fusão nuclear. 5. Caracterize a emissão de partículas α. F. 1. Caracterize o mecanismo de dissolução do óxido de enxofre, SO2 em água. 2. Caracterize o mecanismo de dissolução do óxido de magnésio, MgO, em água. 3. Determine a massa necessária à preparação de 500 ml de uma solução de óxido de sódio, [ Na 2 O ] = 0,1M. (Ar: Na-23; O-16,0) G. Entre as seguintes afirmações, identifique as verdadeiras e corrija as falsas: 1. A ligação química ocorre na zona ligante, porque se verifica um aumento de energia. 2. No diamante, no sódio e na grafite, os átomos estão ligados entre si por ligações iónicas. 3. Isolantes e semicondutores possuem uma banda de valência semi -preenchida. 4. Radioactividade é um processo de decaimento de nuclídeos estáveis. 5. Num condutor, os ~es interactuam entre si e com a estrutura, pelo modelo de ~es livres, 6. Uma emissão espontânea acontece, quando 1 fótão obriga um átomo excitado a emitir um fotão.

7. A partícula β, corresponde ao núcleo do átomo de hélio, 42He. 8. Um electrão colocado na orbital atómica 1s1, é caracterizado pelo conjunto de números quânticos (1, 0, 1, ½) 9. Um cristal molecular é um agregado de moléculas unidas entre si por ligações intermoleculares fortes. 10. Plasma é um cristal iónico. III. REACÇÕES REDOX/PILHA A. 1. Calcule o número de oxidação do enxofre, S, nas seguintes espécies químicas: a. SO2 b. H2 S c. Na2 SO3 d. Zn SO4 e. S O3

2-

2. Identifique qual ou quais das equações podem traduzir processos espontâneos: a. Ni (s) + Ag+ (aq) → Ni2+ (aq) + Ag (s) b. Cu (s) + Sn 2+(aq) → Cu 2+(aq) + Sn (s) c. Pb S(aq) + Fe (s) → Pb(s) + Fe S (aq) B. 1. Considere a seguinte representação esquemática : Ni (s) | Ni2+ (aq) || Cu 2+(aq) S O3

2- (aq) | Cu (s)

a. Identifique o cátodo e o ânodo b. Escreva as equações parciais e a equação global c. Indique as espécies oxidante e o oxidado d. Escreva os iões em trânsito e. Determine a massa de substância gasta, quando se produziu uma corrente de intensidade de 1A, durante 100s. Ar ( Cu-63,5 ; Ni- 58,7 ) 2.O chumbo ( Pb) pode ser recuperado da galena (minério de chumbo), por um processo electroquímico usando sucata de ferro. A equação química que traduz o processo é:

Pb S(aq) + Fe (s) → Pb(s) + Fe S (aq) Ar ( Fe-56; Pb-207)

a. Escreva as semi equações de oxidação e de redução. b. Identifique o cátodo e o ânodo. c. Identifique as espécies, reduzida e redutora. d. Indique os iões em trânsito.

e. Escreva a representação esquemática que representa o processo. f. Determine a FEM da célula. g. Calcule o tempo (s) durante o qual, uma corrente de 1A, provoca um depósito de 0,1g sobre o eléctrodo. 3. Considere a seguinte representação esquemática: Fe (s) | Fe2+ (aq) | | Cu2+ SO4

2-(aq) | Cu(s) Ar [ Fe- 56,0 ; Cu-63,5 ] NaCl(aq) a. Identifique o cátodo e o ânodo. b. Escreva as semi equações, de oxidação, de redução e a equação global . c. Identifique as espécies, reduzida e oxidada. d. Indique os iões em trânsito. e. Caracterize o electrólito da ponte salina. f. Determine a FEM da célula. g. Indique se o sulfato de cobre funcionou como oxidante ou redutor. h. Calcule o tempo (s) durante o qual, uma corrente de 1A provoca um desgaste, no eléctrodo, de 0,1g . IV. ELECTRÓLISE/ CORROSÃO/PROTECÇÃO 1. Caracterize a electrólise de KCl (l) com eléctrodos de grafite. 2. Caracterize a electrólise do cloreto de sódio, líquido, ( NaCl) com eléctrodos de grafite. 3. Caracterize a electrólise de uma solução aquosa de sulfato de cobre, (Cu SO4) na qual, ocorre sobre o ânodo, um processo traduzido pela seguinte equação:

2OH- (aq) →Η2Ο (l)+ 1/2 Ο2 (g)+ 2 ~e 4. Estude a electrólise, indicando as equações parciais e a global, de uma solução aquosa de nitrato de chumbo, Pb(NO3)2 (aq) com eléctrodos de grafite. 5. Estude a electrólise de uma solução aquosa de nitrato de prata, Ag N O3 (aq) com ânodo de estanho, indicando as equações parciais e a equação global. 6. Caracterize a electrólise da solução, Pb(NO3)2 (aq) com eléctrodos de estanho. 7. Indique, justificando, se com a solução anterior, pode niquelar ou pratear uma peça, que tenha colocado, como cátodo. 8. Estude a electrólise, indicando as equações parciais e a global, de uma solução aquosa de sulfato de zinco, ZnSO4 (aq) com eléctrodos de grafite. 9. Caracterize a electrólise daquela solução, ZnSO4 (aq) com eléctrodos de chumbo.

10. Indique qual ou quais dos metais - ferro, níquel, prata e zinco podem ser recobertos de chumbo, quando mergulhados numa solução aquosa de nitrato de chumbo, Pb(NO3)2. 11.Indique a ordem pela qual os iões, H+, Zn2+, Ag+, Mg2+, Cu2+, Fe2+, se podem reduzir sobre um cátodo. 12. Caracterize a protecção contra a corrosão por ânodos sacrificados.

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EXAME DE 1ª ÉPOCA DE CIÊNCIA DOS MATERIAIS (29/01/2009) 1º SEM 2008/09 ____________________________________________________________ Desligue o telemóvel e guarde-o. Leia atentamente o enunciado. Não pode usar TP, nem máquina de calcular. Consulte os dados. Apresente os cálculos e as respectivas unidades. Nº___________TURMA__________ CLASSIFICAÇÃO:______________ NOME________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ Repetição do 1º Teste: Questões I, II e III Repetição do 2º Teste: Questões IV, V e VI Exame de 1ª época: Questões III, V e VI

I 1. [1] Indique, justificando, qual das seguintes opções corresponde ao comprimento de onda da radiação que ioniza o sódio, com uma energia de 660 kJ:

( h=6,6x10 -34 Js ; c=3,0x108 ms-1) a. 6,0 x 10-25 m b. 3,0 x 10-31 m c. 3,0 x 10+25 m 2. [1] Escreva as combinações permitidas de números quânticos para n=2.

II 1. [8] Identifique as afirmações verdadeiras e falsas, corrigindo as falsas: ( ) A luz tem natureza corpuscular e ondulatória__________________________________ ( ) O elemento cuja configuração electrónica de valência é 2s2 2p3 pertence ao grupo III da TP______________________________________________________________________ ( ) Numa orbital, o número máximo de electrões é igual a 2 e os electrões têm spin paralelo__________________________________________________________________ ( ) Só os metais são condutores electrolíticos_____________________________________

( ) Um electrão na zona ligante é atraído pelos 2 núcleos___________________________

( ) A partícula α corresponde ao núcleo do átomo de hélio, 42He_____________________ ( ) Tempo de meia-vida é o tempo necessário para que o nº de partículas numa amostra radioactiva se reduza a metade________________________________________________ ( ) A molécula de óxido de cloro I, Cl2O, não apresenta polaridade___________________

III 1. [10] Identifique as afirmações verdadeiras e falsas, corrigindo as falsas: ( ) O conjunto de números quânticos (4,0,0,+1/2) caracteriza, um electrão numa orbital 4s1______________________________________________________________________ ( ) Numa dada configuração electrónica, a sequência de orbitais atómicas por ordem crescente de energia é (...) 2p6 3p6 2s2 3d10 3s2 4s2 (…)_____________________________ ( ) Um elemento do grupo VI da TP é metálico, ganha electrões dando iões bipositivos, tem carácter ácido e é condutor________________________________________________ ( ) A ligação entre o sódio, 11Na, e o enxofre, 16S, é iónica__________________________ ( ) A partilha de electrões é uma característica da ligação entre 2 metais_______________ ( ) De acordo com a teoria de bandas, um isolante apresenta um hiato ou gap elevado entre a banda de valência e a banda de condução______________________________________

( ) As ligações que se estabelecem entre moléculas de O2 são forças de van der Waals, do tipo ião-dipolo_____________________________________________________________ ( ) Um cristal molecular resulta da interacção entre pares de iões_____________________ ( ) Num supercondutor, a corrente é transportada por electrões emparelhados___________ ( ) A ordem de ligação para o ião clorato, ClO3

-, é igual a 3 (17Cl; 8O)_________________

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DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELECTROTÉCNICA E AUTOMAÇÃO EXAME DE 1ª ÉPOCA DE CIÊNCIA DOS MATERIAIS (29/01/2009) 1º SEM 2008/09 ____________________________________________________________ Desligue o telemóvel e guarde-o. Leia atentamente o enunciado. Não pode usar TP, nem máquina de calcular. Consulte os dados. Apresente os cálculos e as respectivas unidades. Nº___________TURMA__________ CLASSIFICAÇÃO:______________ NOME________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ Repetição do 1º Teste: Questões I, II e III Repetição do 2º Teste: Questões IV, V e VI Exame de 1ª época: Questões III, V e VI____________________________________________

IV 1. [7] Complete as frases respeitantes ao processo representado esquemáticamente:

Ni (s) | Ni2+ (aq) || Cu2+(aq) Cl- (aq) | Cu (s) (Ar: Cu-63,5 ; Ni-59) a. O cátodo é de ___________________________________________________________ b. A equação parcial de redução é _____________________________________________ c. A espécie oxidante é o_____________________pois_____________________electrões d. Os iões em trânsito são : Cl- e ____________________________________ e. Na meia célula de redução a concentração de Cu2+____________________com o tempo f. A equação global é________________________________________________________ g. O valor da FEM é ________________________________________________________ h. Para uma corrente de intensidade igual a 1A observou-se um desgaste no material de 0,030 g pelo que o tempo de passagem da corrente foi de___________________________ 2. [1.5] Indique, justificando, o número de oxidação do enxofre em cada uma das espécies químicas indicadas: a) MgS___________________________________________________________________ b) SO2___________________________________________________________________ c) K2SO3_________________________________________________________________ d) SO4

2- __________________________________________________________________

e) S8_____________________________________________________________________ 3. [1.5] Identifique, justificando, quais dos metais a seguir indicados são eficientes na protecção catódica de um prego de ferro: chumbo, cobre, magnésio ou zinco___________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

V 1. [1.5] Indique, justificando, qual das seguintes opções corresponde à massa de soluto que existe em 100 ml de uma solução de sulfureto de potássio, [K2S] =0,1M:

(Ar: K-39; S-32) a) 110g b) 1,10g c) 22,0g

2. [1.5] Indique, justificando pela espontaneidade, se a equação seguinte traduz a reacção que ocorre numa pilha ou numa electrólise:

Fe (s) + Pb2+ (aq) → Fe2+ (aq) + Pb (s)

VI 1. [7] Para os processos de electrólise a seguir indicados, escreva as equações parciais e a equação global: a) cloreto de zinco, ZnCl2 (liq) Eq parc. redução:_______________________________________________________________________ Eq parc. oxidação_______________________________________________________________________ Eq Global: ____________________________________________________________________________ b) uma solução de cloreto de zinco, ZnCl2 (aq) com eléctrodos de grafite. Eq parc. redução:_______________________________________________________________________ Eq parc. oxidação:______________________________________________________________________ Eq Global: ____________________________________________________________________________ c) uma solução de cloreto de zinco, ZnCl2 (aq) com eléctrodos de estanho. Eq parc. redução:_______________________________________________________________________ Eq parc. oxidação:______________________________________________________________________ Eq Global: ____________________________________________________________________________

Potenciais Padrão de Redução: Substância Eº ( V ) Substância Eº ( V ) Li+/ Li - 3,02 Sn2+ /Sn - 0,14 K + / K - 2,92 Pb2+ / Pb - 0,13 Mg2+/Mg - 2,36 H+ / H2 0,00 Al3+ / Al - 1,66 Cu2+ / Cu + 0,34 Zn2+ / Zn - 0,76 I2 /I- + 0,54 Fe2+ /Fe - 0,44 Ag+ /Ag + 0,80 Ni2+ / Ni - 0,25 Cl2 / Cl- +1,36

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AUTOMAÇÃO EXAME DE 2ª ÉPOCA DE CIÊNCIA DOS MATERIAIS 1 SEM 2008/09 ISEL 12 – 02 – 2009 ______________________________________________________________________ Desligue o telemóvel e guarde-o. Leia atentamente o enunciado. Não pode usar TP, nem máquina de calcular. Consulte os dados. Apresente os cálculos e as respectivas unidades. I [9] 1. Deduza a configuração electrónica de valência do elemento atómico, cloro, 17 Cl. 2. Indique 3 propriedades características do grupo da TP a que pertence o elemento Cl. 3. Caracterize as ligações existentes entre átomos de cloro. 4. Indique o tipo de cristal constituído por átomos de potássio, 19 K. 5. Caracterize a orbital 2s1 pelos 4 números quânticos. 6. Explique o mecanismo de condução do potássio, no contexto da teoria das bandas. 7. Determine a ordem de ligação para o ião, ClO4

– , 8 O. 8. Caracterize as ligações existentes entre o potássio, K e o cloro, Cl. 9. Justifique a polaridade da molécula Cl2O, pela notação de Lewis. 10. Caracterize as ligações entre moléculas de Cl2. 11. Indique as fases da dissolução de um cristal molecular. 12. Caracterize o 4º estado da matéria. 13. Caracterize o decaimento de núcleos instáveis, sob a forma de partículas α. 14. Determine a energia associada a um fotão de frequência 2,0 x 103 Hz . ( h= 6,6x10-34 Hz) 15. Determine a massa necessária à preparação de 100 ml de uma solução de perclorato de potássio, [ K ClO4 ] = 0,1M ( Ar: K-39; Cl-35,5; O-16)

II [5,1] Considere a seguinte representação esquemática:

Fe (s) | Fe2+(aq) | | Ag + NO3- (aq) | Ag(s) Ar [ Fe-56,0 ; Ag-207,0 ]

NaCl(aq) 1. Identifique o cátodo e o ânodo. 2. Escreva as equações de redução, de oxidação e a equação global. 3. Identifique a espécie reduzida e a redutora. 4. Identifique os iões em trânsito. 5. Determine a FEM da célula. 6. Identifique, justificando, o electrólito que fica mais concentrado, durante o funcionamento da pilha,. 7. Calcule o tempo (s) necessário para que uma corrente de 1A provoque um depósito de 0,1g sobre o eléctrodo.

III [ 5,9] 1. Para as electrólises a seguir indicadas, escreva as equações parciais e a equação global: a) cloreto de potássio, KCl (liq) b) solução aquosa de carbonato de potássio, K2 CO3 com eléctrodos de grafite c) K2 CO3 (aq) com eléctrodos de níquel.

2. Indique a ordem pela qual os iões, H+, Zn2+, Al 3+, Pb2+, Cu2+, Fe2+, se podem reduzir sobre um cátodo.

3. Indique vantagens e desvantagens de um revestimento orgânico, por tintas, como protecção contra a corrosão.

Potenciais Padrão de Redução: Substância Eº ( V ) Substância Eº ( V )Li+/ Li - 3,02 Sn2+ /Sn - 0,14 K + / K - 2,92 Pb2+ / Pb - 0,13 Mg2+/Mg - 2,36 H+ / H2 0,00 Al3+ / Al - 1,66 Cu2+ / Cu + 0,34 Zn2+ / Zn - 0,76 I2 /I- + 0,54 Fe2+ /Fe - 0,44 Ag+ /Ag + 0,80 Ni2+ / Ni - 0,25 Cl2 / Cl- +1,36