Ejercicios Capitulo 2 Ciencias de los Materiales

CIENCIA DE MATERIALES I DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y LA MECÁNICA

ABRIL 2014

1.- La hoja de aluminio utilizada para guardar alimentos pesa aproximadamente 0.3 g por pulgada. ¿Cuántos átomos de aluminio están contenidos en esta muestra de hoja? 26.98 𝑔 𝐴𝑙

1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙

0.3 𝑔 𝐴𝑙

𝑥 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙 15 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙 1349

𝑥=

6.023𝑥1023 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 𝐴𝑙

1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙 15 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙 1349

𝑥 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 𝐴𝑙

𝑥 = 6.69𝑥1021 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 𝐴𝑙 2.- Utilizando datos del Apéndice A, calcule el número de átomos de hierro en una tonelada (2000 libras) 55.84 𝑔 𝐹𝑒

1 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒

106 𝑔 𝐹𝑒

𝑥 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒

𝑥 = 17908.31 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒 17908.31 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒

𝑥 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒

6.023𝑥1023 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 𝐴𝑙

1 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒

𝑥 = 1.078𝑥1028 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 𝐹𝑒 3.- A fin de recubrir una pieza de acero que tiene una superficie de 200 plg2 con una capa de níquel de 0.002 plg. de espesor: a) ¿Cuántos átomos de níquel se requieren? b) ¿Cuántos moles de níquel se requieren? 𝑉 = 200𝑝𝑙𝑔2 (0.002𝑝𝑙𝑔) = 0.4𝑝𝑙𝑔3 𝑚 = 𝛿𝑉 = 145.97

𝑔 (0.4𝑝𝑙𝑔3 ) = 58.39 𝑔 𝑝𝑙𝑔3

58.39 𝑔 58.69 𝑔 𝑏) 𝑥 = 0.994 𝑚𝑜𝑙 1 𝑚𝑜𝑙

𝑥 𝑚𝑜𝑙 1 𝑚𝑜𝑙 𝑥 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠

6.023𝑥1023 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠

𝑎) 𝑥 = 5.992𝑥1023 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠

4.- El indio, cuyo número atómico es 49, no contiene ningún electrón en sus niveles de energía 4f. Con base únicamente a esta información, ¿Cuál debe ser la valencia del indio? La valencia del indio debe de ser 3. 5.- En los metales la carga eléctrica se transfiere mediante el movimiento de los electrones de valencia. ¿Cuántos portadores de carga potenciales existen en un alambre de aluminio de 1mm de diámetro y 100 m de longitud? 𝑉 = 𝜋𝑟 2 ℎ = 𝜋 (

2 0.1 𝑐𝑚) (10 000𝑐𝑚) = 78.54 𝑐𝑚3 2

𝑚 = 𝛿𝑉 = 2.7

𝑔 (78.54𝑐𝑚3 ) = 212.05 𝑔 𝑐𝑚3

27 𝑔

1 𝑚𝑜𝑙

212.05𝑔 𝑥 = 7.85 𝑚𝑜𝑙 1 𝑚𝑜𝑙

𝑥 𝑚𝑜𝑙 𝑥 𝑎𝑡𝑜𝑚

6.023𝑥1023 𝑎𝑡𝑜𝑚

𝑥 = 4.73𝑥1024 𝑎𝑡𝑜𝑚 #𝑒 − = #𝑎𝑡𝑜𝑚 (𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎) = 4.73𝑥1024 (3) = 1.42𝑥1025 6.- ¿Qué fracción del total de átomos de silicio debe reemplazarse por átomos de arsénico para obtener un millón de electrones libres para moverse en una libra de silicio? 1 lb Si =453.59 g (6.02x1023atomos/mol)28.08 g/mol=9.733x1024 Si atomos/lb Como tiene 5 de valencia; entonces, para obtener 106 electrones, necesitamos reemplazar 106 Si átomos, en una libra de Si, la fracción debe ser: f=1x106 atomos reemplazados 9.733x1024 átomos totales de Si=1.03x10-19 7.- El compuesto AlP es un material semiconductor formado por enlaces mixtos, iónico y covalente. Calcule la fracción del enlace iónico. La fracción de enlace iónico es 0.086 8.- El enlace en el compuesto intermetálico Ni3Al es predominante metálico. Explique por qué será muy pequeña la fracción de enlace iónico. La electronegatividad del níquel es de aproximadamente 1.8 La fracción de enlace iónico es pequeña porque ambos elementos tiene electronegatividad similar.

9.- ¿Cuál de los siguientes materiales tiene el coeficiente de expansión térmica más alto, el Al2O3 o el aluminio? Explique Al2O3 tiene enlaces mucho más fuertes que el Al; entonces Al2O3 debe de tener un menor coeficiente de expansión térmica que el Al. 10.- Explique por qué el módulo de elasticidad de polímeros termoplásticos simples, como el polietileno y el poliestireno son muy bajos en comparación con los correspondientes de los metales y cerámicos. Explique por qué el módulo de elasticidad de un polímero termoplástico simple, como el polietileno y el poliestireno, se espera que sea muy bajo a comparación de los metales y los cerámicos. Las cadenas de los polímeros se llevan a cabo por otras cadenas por enlaces de Van der Waals, que son más débiles que los metálicos, iónicos y covalentes. Por ésta razón, se necesita mucha menor fuerza para compartir estos enlaces débiles.