http://www.elsolucionario.blogspot.com Manual de solución de instructores EL ciencia e ingeniería DE MATERIALES Cuarta edición Donald R. Askeland Pradeep P. Phule Preparado por Gregory Lea Para ser eficaz. evitará que el cristal de la “seguridad” de desintegrarse por completo cuando se 1 . acero? ¿Qué precauciones deben ser considerados en la producción de este producto? ¿Cómo se verá afectada la reciclabilidad del producto? Solución: El zinc proporciona resistencia a la corrosión al hierro de dos maneras. lo que ca- carac. que se utiliza para parabrisas de automóviles. Este enfoque. rocas o aves podrían provocar que se rompa. por lo tanto la protección de la plancha subyacente. Si el hierro está completamente recubierto con zinc.1 Introducción a la Ciencia de los Materiales e Ingeniería 1-5 El hierro es a menudo revestida con una capa fina de zinc si se va a utilizar fuera. Solución: Podríamos sándwich una hoja delgada de un polímero transparente entre dos capas de vidrio. a menudo produciendo un “polvo de zinc” que pueda representar un peligro ambiental. Equipo especial puede ser necesaria para recoger y. o bien reciclar o eliminar del polvo de zinc. Diseñar un material que reduzca al mínimo el daño o al menos mantener la vela se rompa en pedazos. el vidrio de ventana tradicional) dosel. el zinc sigue protegiendo el hierro porque el cinc se corroe preferentemente a la plancha (véase el Capítulo 22).qué cree que el zinc proporciona a esta revestido o galvanizado. Si el recubrimiento de zinc está rayado para exponer el hierro. el zinc proporciona una barrera entre el hierro y el entorno circundante. Cuando se recicla el material. Si tuviéramos que utilizar una cerámica (es decir. 1-6 Nos gustaría producir una cubierta transparente para un avión. el zinc se perderá por la oxidación y la vaporización. el zinc debe unirse bien a la plancha de forma que no permite que las reacciones que se produzca en la interfase con el hierro y para que el zinc se mantiene intacta durante cualquier formación del material galvanizado. materiales cerámicos tales como nitruro de silicio no tienen prácticamente ninguna ductilidad. Materiales compuestos que tienen la resistencia y rigidez . No se recomienda el nitruro de silicio. “vítreo” tal como policarbonato. También nos gustaría estar seguro de que todos los muelles llevará a cabo de manera satisfactoria. Esta diferencia en la expansión o contracción hace que el material bimetálico a cambiar de forma. nos gustaría tener también una buena resistencia al impacto y al menos algo de ductilidad (en caso de que se sobrecargue la primavera) para asegurar que el muelle no fallará catastróficamente. Cuando los cambios de temperatura. el peso de la “fuente de alimentación” humano. Los materiales compuestos. carbono. Los polímeros también pueden ser endurecido para resistir el impacto mediante la introducción de pequeños glóbulos de un caucho. Solución: Muelles están destinados a resistir las fuerzas elásticas altas. de qué tipo de material se haría el indicador. los dos materiales deben tener muy diferentes coeficientes de expansión térmica y deben tener un alto módulo de elasticidad suficiente de manera que no se produce ninguna deformación permanente del material. u otros polímeros. Por otra parte. particularmente los basados en una matriz de polímero. Los polímeros tienen un peso ligero (con densidades de menos de la mitad que la del aluminio) y pueden reforzarse mediante la introducción de fibras fuertes y rígidas hechas de vidrio. 1-8 indicadores de temperatura se producen a veces a partir de una banda metálica enrollada que desenrolla una cantidad específica cuando la temperatura aumenta. Si la forma original es la de una bobina. a continuación. y con frecuencia son difíciles de fabricar sin la introducción de al menos algunos pequeños defectos que causan a fallar incluso para fuerzas relativamente bajas. 1-9 ¿Le gustaría diseñar un avión que puede ser volado por sin parar para poder humano una distancia de 30 km. mientras que ser demasiado pequeño para interferir con las propiedades ópticas del material. estos glóbulos mejoran la capacidad energyabsorbing del polímero compuesto. ¿Qué tipos de propiedades de los materiales me recomiendan? ¿Qué materiales pueden ser apropiados? Solución: dicha aeronave debe poseer suficiente resistencia y rigidez para resistir su propio peso. y cuáles son las propiedades importantes que el material en el indicador debe poseer? Solución: materiales bimetálicos son producidos por la unión de dos materiales que tienen diferentes coeficientes de expansión térmica entre sí. dependiendo de la dirección del cambio de temperatura. Otro enfoque podría ser utilizar un material polímero transparente. pobres propiedades de impacto. con el polímero que sostiene las piezas rotas de vidrio juntos hasta el dosel puede ser reemplazado. en el polímero. debe ser lo más ligero posible para asegurar que el ser humano puede generar suficiente trabajo para operar la aeronave. o elastómero. pueden comprender la mayor parte de la aeronave. y cualquier fuerzas aerodinámicas impuestas en ella. Sin embargo. A fin de que el material para llevar a cabo así. Seleccionaría este material para un muelle? Explique. El nitruro de silicio podría satisfacer este requisito.2 La Ciencia e Ingeniería de Materiales Manual de solución del instructor falla. Algunos polímeros tienen razonablemente buenas propiedades de impacto y pueden resistir el fracaso. donde sólo los enlaces atómicos se estira cuando se aplica la fuerza. Como funciona esto. el dispositivo se bobina o desenrollar. Si 3 norte 4 es un material fuerte y rígido. 1-7 muelles en espiral debe ser muy fuerte y rígida. uno de los materiales se expandirá o contraerá más que el otro material. formando un material compuesto laminar. Sin embargo. La superficie exterior puede ser un recubrimiento de metal reflectante muy delgada que ayudaría a reflejar el calor solar. 1-11 ¿Qué propiedades debe poseer la cabeza de un martillo de carpintero? ¿Cómo le fabricar una cabeza de martillo? Solución: La cabeza de martillo de carpintero es producido por forja. El material debe tener una baja densidad. duro. pero sería transparente para señales de radio. mientras que la superficie opuesta está al rojo vivo. ¿Qué problemas en la producción del casco podría los diseñadores y fabricantes se han enfrentado? Solución: El transbordador espacial experimenta temperaturas extremas durante la reentrada en la atmósfera de la tierra. Discutir los requisitos de diseño del casco de enlace que llevó al uso de esta combinación de materiales. la piel debe estar compuesto de un material que tiene una conductividad térmica excepcionalmente baja. La cabeza es entonces tratado térmicamente para producir las propiedades mecánicas y físicas requeridas. el material debe ser transparente a las señales de radio que proporcionan comunicación entre el satélite y la tierra. un perfil de acero simple es calentada y formada en varios pasos en caliente en la forma requerida. pero con sólo una fracción del peso. y el material debe proporcionar algún aislamiento térmico para asegurar que el calentamiento solar no daña la electrónica. La superficie de impacto y las garras del martillo debería ser difícil-el metal no debe mella o deformarse cuando se conduce o retirar uñas. Por consiguiente. y resistente al impacto con el fin de asegurar que cualquier “polvo espacial”. La conductividad térmica es tan baja que una persona puede aferrarse a un lado de la baldosa. Un enfoque podría ser el uso de un revestimiento de material compuesto de varios materiales. puede ser producido de esta manera. el satélite contendrá equipos electrónicos delicados que va a enviar y recibir señales de radio de la tierra. Diseño de la carcasa exterior dentro de la cual está contenido el equipo electrónico. 1-10 ¿Le gustaría colocar un microsatélite de tres pies de diámetro en órbita. un proceso de trabajo de los metales. lo que minimiza el peso por satélite de manera que se puede levantar económicamente en su órbita. en consecuencia. ¿Qué propiedades se necesitarán y qué tipo de materiales se podría considerar? Solución: La cáscara del microsatélite debe satisfacer varios criterios. CAPÍTULO 1 Introducción a la Ciencia de los Materiales e Ingeniería 3 de acero. 1-12 El casco de la nave espacial consiste en azulejos de cerámica unidos a una piel de aluminio. un sistema de protección térmica debe ser utilizado para evitar daños en la estructura de la lanzadera (por no hablar de su contenido!). el material debe ser fuerte. El material debe ser capaz de ser unido firmemente a la piel de la lanzadera y para ser reparado fácilmente cuando se produce un daño. El cuerpo principal de la carcasa puede ser un compuesto reforzado con fibras de peso ligero que proporcione una resistencia al impacto (penetración prevenir por partículas de polvo). sobre todo por lo que los chips no se descaman la superficie de impacto y causar lesiones. Las baldosas están unidos a la lanzadera . que podría golpear el satélite no penetra y daña los equipos electrónicos. estas partes también deben poseer cierta resistencia al impacto. Las baldosas utilizadas en el transbordador espacial se componen de fibras de sílice unidos entre sí para producir una cerámica de muy baja densidad. esto haría muy difícil introducir el polietileno en un aluminio sólido de matriz procesos tales como la fundición o metalurgia de polvos destruiría el polietileno.5 g / cm 3.5 g / cm 3. Sin embargo. sin embargo. De alta pureza (y por lo tanto muy suave) metales tales como cobre. las partículas de carburo de silicio podrían ser introducidos en aluminio puro. 1-14 El aluminio tiene una densidad de 2. Solución: Con el fin de producir un material compuesto de matriz de aluminio con una densidad de 1. Diseñar un material que tendría esta densidad. en el aluminio ser una posibilidad probable? Explique.4 La Ciencia e Ingeniería de Materiales Manual de solución del instructor la piel utilizando un polímero gomoso que ayuda a asegurar que las fuerzas no se rompen las baldosas sueltas. Por ejemplo. con una densidad de 0. Solución: Algunos métodos típicos podrían incluir: la medición de la densidad del material (puede ayudar en la separación de los grupos de metales tales como aluminio.). ¿Qué propiedades debe poseer el material de contacto? ¿Qué tipo de material puede ser que recomiendan? Al Would 2 O 3 ser una buena opción? Explique. el polietileno tiene un punto de fusión muy bajo en comparación con aluminio. las partículas de carburo de silicio proporcionan resistencia al desgaste mientras que el aluminio proporciona conductividad. tendríamos que seleccionar un material que tiene una densidad considerablemente menor que 1. Más duro. Sin embargo partículas de alúmina dispersas en una matriz de cobre podrían proporcionar resistencia al desgaste para el material compuesto. acero.eléctrica dispositivo que se abre y se cierra con frecuencia y fuerza ing. Al 2 O 3 por sí mismo no sería una buena elección-alúmina es un material cerámico y es un aislante eléctrico. cobre. Mientras que la densidad del polietileno haría una posibilidad. Describir algunas posibles pruebas y técnicas de clasificación que podrían ser capaces de usar basado en las propiedades físicas de los materiales. lo que requiere que el material sea duro. Supongamos que se desea producir un com- material de Posite basado en aluminio que tiene una densidad de 1. El vidrio también tiene una alta temperatura de fusión y podría ser introducido en aluminio líquido para el procesamiento como una pieza de fundición. Sin la introducción de perlas de polietileno. etc. magnesio. el dispositivo también debe tener una buena resistencia al desgaste. que luego exponer la piel subyacente a las altas temperaturas. plata u oro proporcionan la alta conductividad. Otros ejemplos de estos materiales se describen en el capítulo 16. Por lo tanto. Aunque los vidrios de cerámica tienen densidades comparables a la de aluminio. materiales resistentes al desgaste tienen una mala conductividad eléctrica.7 g / cm 3. 1-15 ¿Le gustaría ser capaz de identificar diferentes materiales sin recurrir a productos químicos análisis o procedimientos de prueba largos. el polietileno no sería una posibilidad probable. aluminio.5 g / cm 3. 1-13 ¿Le gustaría seleccionar un material para los contactos eléctricos en un SWITCH. Solución: El material debe tener una alta conductividad eléctrica para asegurar que no hay calefacción eléctrica o la formación de arco se produce cuando el interruptor está cerrado. podría ser la introducción hueco Cuentas de vidrio. Un enfoque. Una solución a este problema es producir un material compuesto de partículas compuesta de partículas cerámicas duras embebidas en una matriz continua del conductor eléctrico.95 g / cm 3. un cordón hueco tendrá una densidad muy baja. la determinación de la conductividad eléctrica . el aluminio tiene una particularmente alta conductividad eléctrica. Explica qué beneficia cada material en el material compuesto puede proporcionar a la parte general. medidas de conductividad eléctrica podrían-polímeros utilizados son aislantes. Describir algunos métodos posibles que podrían ser utilizados para separar materiales tales como polímeros. es duro y fuerte. y también tiene una alta temperatura de fusión. la medición de la dureza del material (tal vez incluso sólo utilizando un archivo). proporcionando una buena resistencia al desgaste. . Tenemos que asegurar por lo tanto una buena unión entre las partículas y el-el aluminio química de la superficie debe ser entendida. la gravedad específica de las aleaciones de aluminio es de alrededor de 2.7. razonablemente buena resistencia. aleaciones de aluminio y aceros entre sí. 1-17 Algunos pistones para motores de automóviles podrían producirse a partir de un material compuesto que contiene partículas de carburo de silicio pequeños y duros en una matriz de aleación de aluminio. 1-16 ¿Le gustaría ser capaz de materiales diferentes para separar físicamente en un reci. El carburo de silicio.5 y 8.chatarra la planta se aferran. Las diferencias de densidad se podrían utilizar-polímeros tienen una densidad próxima a la de agua. Sin embargo puede haber problemas para producir el material de ejemplo-para. Tiene buena ductilidad y tenacidad. Solución: Aceros pueden separarse magnéticamente de los otros materiales. la de los aceros es de entre 7. acero (o aleaciones de hierro que contienen carbono) son ferromagnéticos y serán atraídos por los imanes. el carburo de silicio no pueden ser distribuidos de manera uniforme en la matriz de aluminio si los pistones se producen mediante fundición. y es fácil de moldear y procesar. CAPÍTULO 1 Introducción a la Ciencia de los Materiales e Ingeniería 5 del material (puede ayudar en la separación de cerámica y polímeros a partir de aleaciones metálicas). Proporciona una buena resistencia al aluminio. ¿Qué problemas podrían las diferentes propiedades de los dos materiales causar en la producción de la parte? Solución: De aluminio proporciona buena transferencia de calor debido a su alta conductividad térmica. una cerámica. incluso a temperaturas elevadas. Las diferencias en la expansión y la contracción con los cambios de temperatura pueden causar desunión e incluso formación de grietas en el material compuesto. y determinar si el material es magnético o no magnético (puede ayudar hierro separada de otras aleaciones metálicas) . . 981 g / mol 2-6 (b) Uso de las densidades y pesos atómicos indicados en el Apéndice A.02 × 10 23 átomos / mol) = 3. Solución: ( a) En la derivación: (11.3 g) (6.79 × 10 27 átomos / ton 55.3 g / cm 3 7 . calcular el número de átomos de hierro en una tonelada (2.847 g / mol 2-7 (b) Utilizando los datos en el Apéndice A. Cómo muchos átomos de aluminio están contenidas en esta muestra de papel? Solución: En una muestra de una pulgada cuadrada: número = (0.3 × 10 22 átomos / cm 3 207.7 cm 3 2. Solución: (1 mol) (10.02 × 10 23 átomos / mol) = 9.3 g por pulgada cuadrada.02 × 10 23 átomos / mol) = 4.94 g / mol 2-7 (a) Utilizando los datos en el Apéndice A.02 × 10 23 átomos / mol) = 6. Solución: (2000 lb) (454 g / lb) (6.2 Estructura atomica 2-6 (a) El papel de aluminio se utiliza para almacenar el alimento pesa alrededor de 0.534 g / cm 3) ( 1 cm 3) ( 6. calcular el volumen en centímetros cúbicos ocupados por un mol de boro.81 g / mol) = 4.36 g / cm 3) ( 1 cm 3) ( 6.000 libras). calcular y com- comparar el número de átomos por centímetro cúbico en (a) de plomo y (b) de litio.69 × 10 21 átomos 26.19 g / mol (B) En litio: (0.63 × 10 22 átomos / cm 3 6. 54 cm / pulg. Entonces: 1 s 2 2 s 2 2 pag 6 3 s 2 3 pag 6 3 re X 4 s 2 ( debe ser de 2 electrones en 4 s para valencia = 2) Desde 27 . metro l = 2 l + 1 mms = + 12 • = 3 norte l = 0 metro l = 0 • 3s 2 s = . utilizando un formato similar al de la figura 2-9.71 g / mol 0. no contiene electrones en su 4 F energía nivel. describir los números cuánticos para cada uno de los 18 electrones en la capa M de cobre. Solución: Para el depósito de M: n = 3. de grueso capa de níquel.555 cm 3) ( 8.2. l = 0. que tiene un número atómico de 49.994 mol Ni requiere 58. Entonces: 1 s 2 2 s 2 2 pag 6 3 s 2 3 pag 6 3 re 10 4 s 2 4 pag 6 4 re 10 4 F 0 5 ( sp) X 49 . 2) ( 0.8 La Ciencia e Ingeniería de Materiales Manual de solución del instructor 2-8 Con el fin de la placa una parte de acero que tiene un área superficial de 200 en.555 cm 3) ( 8. Basado sólo en esta información.902 g / cm 3) = 0. • 12 1 /21 / 2 21 /2 1 /21 / 1 /2 = + 1 / 2 1• / 212 mmmmmm s l = 1 l = metro -1 • s = .02 × 10 23 átomos / mol) = 5.002 pulg. (a) el número de átomos de níquel se requiere y (b) el número de moles de níquel se requieren? Solución: Volumen = (200 en.) 3 = 6. 2 con un 0. Basado sólo en los números cuánticos.002 en 200 en 2 2-9 Supongamos que un elemento tiene una valencia de 2 y un número atómico de 27.( 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 10 + 2 + 6 + 10 + 0) = 3 Por lo tanto el exterior 5 sp nivel debe ser: 5 s 2 5 pag 1 o valencia =3 2-11 Sin consultar el Apéndice C.902 g / cm 3) ( 6.555 cm 3 (A) (6.002 in. ¿cuál debe ser la valencia de indio? Solución: Podemos dejar X ser el número de electrones en el s exterior pag nivel de energía.) (2. 2-10 El indio.1.98 × 10 23 átomos 58. ¿cuántos electrones deben estar presentes en el 3 re ¿nivel de energía? Solución: Podemos dejar X ser el número de electrones en el 3 re nivel de energía. 12 • s = + 12 • 6 3 pag l = 0 metro = . • s 12 • s = + 12 • l = metro +1 = .71 g / mol (B) (6. • s 12 • .( 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2) = 7 = X debe haber 7 electrones en el 3 re nivel. 5. o ninguna. Discuta estas relaciones. 21 /2 12 • s = + / •/ 11122 1 • s = - mmmmmmm 1 /2 212 • l = metro -1 s = + / 112 2 1 • / 3 re10 s = . CAPITULO 2 Estructura atomica 9 / •/ s = + mmm 112 2 1 • l = 2 l = metro -2 s = . Solución: Ti -1668 Zr -1852 HF-2227 V -1900 nb -2468 ta -2996 Cr -1875 Mo-2610 W-3410 Mn -1244 Tc -2200 Re-3180 Fe -1538 ru -2310 OS-2700 co -1495 Rh -1963 Ir -2447 Ni -1453 PD -1552 Pt -1769 . Explique por lo que habrá poca. componente de enlace iónico. Cómo muchas portadores de carga potenciales hay en un alambre de aluminio de 1 mm de diámetro y 100 m de longitud? Solución: El aluminio tiene 3 electrones de valencia por átomo. ambos son metales y prefieren renunciar a sus electrones en lugar de compartir o donarlos. basadas en la unión atómica y energía de enlace. 1 / 2• 212 l = 0 metro • s = + / 112 2 • = - l = +1 metro s 12 • = + • s 12 • l = metro +2 s = . 2-15 Representar gráficamente las temperaturas de fusión de los elementos de la 4A a 8-10 columnas de la periódica mesa frente al número atómico (es decir. Estos valores están relativamente cerca.8.02 × 10 23 átomos / mol) (3 electrones / átomo) 26. la trama temperaturas de fusión de Ti a través de Ni. Además. por lo que no se puede esperar mucho de enlace iónico. y Hf a través de Pt).981 g / mol n = 1.54 cm 3 n = ( 78.54 cm 3) ( 2. (a) como el número atómico aumenta en cada fila de la tabla periódica y (b) como el número atómico aumenta en cada columna de la tabla periódica.699 g / cm 3) ( 6.1 cm) 2 ( 10. •• 12 2-12 La carga eléctrica es transferida en metales mediante el movimiento de electrones de valencia. el volumen del cable es: Volumen = ( π / 4) re 2 l = ( π / 4) (0.8. Zr a través de Pd.000 cm) = 78. La electronegatividad de níquel es de aproximadamente 1. mientras que la de Ni es 1. Solución: La electronegatividad de Al es 1.42 × 10 25 portadores 2-14 La unión en el compuesto intermetálico Ni 3 Al es predominantemente metálica. 2-16 Trazar la temperatura de fusión de los elementos de la columna 1A de la tabla periódica frente al número atómico (es decir. la temperatura de fusión es más alto cuando el exterior “ re ”Nivel de energía es parcialmente lleno.2 Rb 38.97. 2-17 El aumento de la temperatura de un semiconductor rompe enlaces covalentes. hay 5 electrones en el 3 re cáscara. la trama temperaturas de fusión de Li a través de Cs). en W hay 4 electrones en el 5 re cáscara. Para cada enlace roto. (A) ¿Qué fracción de electrones de valencia son libres de moverse y (b) qué fracción de la . basada en la unión atómica y energía de enlace.10 La Ciencia e Ingeniería de Materiales Manual de solución del instructor 3500 3000 Temperatura de fusión (Celcius) 2500 2000 1500 1000 Número atómico Ti .9 Cs - 28. haciendo que los metales más estable.Pd Hf . en Mo. Solución: T ( o DO) Li -180. opuesta a la que se encuentran en el problema 2-15. disminuye la temperatura de fusión.7 Na. hay 5 electrones en el 4 re cáscara.Pt Para cada fila.8 K - 63. dos electrones convertirse en libres de moverse y de transferencia de carga eléctrica. se incrementa la temperatura de fusión como el número atómico aumenta-los núcleos de átomos contienen un mayor número de electrones firmemente mantenidas. En Cr.6 200 Li 180 160 Temperatura de fusión (Celcius) 140 120 N/A 100 80 K 60 rb 40 cs 20 Número atómico Como los atómicas número aumenta. En cada columna.Ni Zr . Discutir esta relación. 46 10 × -8 ( 1 / 2) = 1 .0.5 × 10 15. CAPITULO 2 Estructura atomica 11 enlaces covalentes deben romperse con el fin de que 5 × 10 15 electrones realizan carga eléctrica en 50 g de silicio? (C) ¿Qué fracción de los átomos totales de silicio debe ser sustituido por átomos de arsénico para obtener un millón de electrones que son libres de moverse en una libra de silicio? Solución: ( a) (50 g) (6.072 × 10 24 átomos) = 4.42 10 × .02 × 10 23 átomos / mol) = 1. tenemos que reemplazar el 10 6 átomos de Si.8 cm en cuatro de las ocho esquinas.08 g / mol Total de electrones de valencia = (4 electrones / átomo) (1.288 × 10 24 = 1. En una libra de Si.0.25) (2. Calcular el tamaño del cubo tetraédrica del metano.19 9.1 F covalente = exp ( .733 × 10 24 total de átomos de Si 2-18 El metano (CH 4) tiene una estructura tetraédrica similar a la de SiO 2 ( Figura 2-16).1.03 × 10 .17 × 10 .0.5 × 10 15 = 2.733 × 10 24 Si átomos / lb (c) 28.77 × 10 .09] = 0. hay un total de 1.072 × 10 24 átomos de Si 28. Solución: = do 3 Arkansas + RAA MARIDO 3 = 0 .33 × 10 . para obtener 10 6 electrones. Por lo tanto. existe un enlace covalente por átomo de Si (cada átomo de Si está unido a otros cuatro).25 Δ mi 2) F covalente = exp [( . La fracción de enlaces rotos es: f = 2.46 × 10 .914 F iónica = 1 . Estimar la fracción de la unión que es iónico.5) 2] = exp [ .77 10 × .072 × 10 24 (1 lb Si) (454 g / lb) (6. por lo que el número de enlaces rotos necesarios para dar 5 × 10 15 electrones es 2.288 × 10 24 electrones Fracción electrones libres = 5 × 10 15/ 4. 8 + 0 .0.1 .072 × 10 24 cautiverio.914 = 0. Solución: mi al = 1.8 cm en el centro y átomos de hidrógeno de radio 0. con un átomo de carbono de un radio de 0.8 cm ( 1 / 2) do 1 2 3 un CH MARIDO un 2-19 El fosfuro de aluminio compuesto (ALP) es un material compuesto semiconductor que tiene enlace iónico y covalente mixto.9 (B) En promedio.08 g / mol Como tiene una valencia de 5.02 × 10 23 átomos / mol) = 9. Por lo tanto.5 mi p = 2. la fracción de Como debe ser: f = 1 × 10 6 átomos sustituido = 1.086 ∴ unión se covalente mayoría . Cada bono tiene 2 electrones.9 1. teniendo en cuenta la energía y radios átomo de unión y el uso de bocetos apropiadas de fuerza en función de separación interatómica.2) 2] = exp ( . .432 Å segundo Alabama distancia "un" Energía Δ un Δ mi Δ un Δ mi Los electrones en Al no están tan firmemente unidos como los de B debido al tamaño más pequeño del átomo de boro y la energía de enlace inferior asociado con su tamaño. tanto en la columna de la 2A de la tabla periódica.266 F iónica = 1 .0. y el pozo de energía. ¿por qué se espera que esta diferencia.25) (3.1. Solución: Sea 4 1 s 2 2 s 2 E = 42 × 10 6 psi r sea = 1. basado en energía de enlace. son light- metales de peso.46 Å Al 13 s 2 2 s 2 2 pag 6 3 s 2 3 pag 1 r al = 1.266 = 0.604 Å Ser mg mi sea ~ Δ f / Δ un mi mg ~ Δ f / Δ un Fuerza 2 r Ser distancia "un" 2 r mg El BE electrones más pequeños se llevan a cabo cerca del núcleo ∴ celebrada con más fuerza. Solución: 5B 1 s 2 2 s 2 2 pag 1 r B = 0. incluso aunque ambos están en la columna de la 3B de la tabla periódica.734 ∴ unión es principalmente iónico 2-29 Berilio y magnesio.5 .5 F covalente = exp [( . 2-30 El boro tiene un coeficiente mucho menor de expansión térmica que el aluminio.143 Å 12 Mg 1 s 2 2 s 2 2 pag 6 3 s 2 E = 6 × 10 6 psi r mg = 1.2 mi O = 3. Solución: mi mg = 1. dando una energía de enlace superior.0. tamaño atómico.1. Explicar.12 La Ciencia e Ingeniería de Materiales Manual de solución del instructor 2-20 Calcular la fracción de unión de MgO que es iónico. ¿Qué se puede esperar a tener el mayor módulo de elasticidad? Explicar.3225) = 0. ¿Qué haría usted esperar a tener el mayor módulo de elasticidad ( MI)? Explique. Por lo tanto.6 cm / cm o DO. Al 2 O 3 debe tener un coeficiente de expansión térmica más baja que Al. a = 6. CAPITULO 2 Estructura atomica 13 2-31 ¿Es de esperar MgO o magnesio tengan la mayor módulo de elasticidad? Explique. por lo tanto. que son mucho más débiles que metálico. se requiere mucha menos fuerza para esquilar estos enlaces débiles y para Desdoble y enderezar las cadenas. Solución: Las cadenas en los polímeros se llevan a cabo con otras cadenas por enlaces de van der Waals. que puede agrietarse y exponer el acero subyacente a la corrosión. será necesaria una fuerza más alta para hacer que la misma separación entre los iones en MgO en comparación con los átomos de Mg. y enlaces covalentes. Solución: Alabama 2 O 3 tiene enlaces más fuertes que Al. Por esta razón. en MgO. Cuando la estructura se calienta. Qué Qué espera que suceda en el revestimiento cuando la temperatura del acero se incrementa de manera significativa? Explique. En Mg.6 cm / cm o DO. en Al 2 O 3.7 × 10 . a = 25 × 10 . acero tiene un alto coeficiente de expansión térmica. 2-32 ¿Es de esperar Al 2 O 3 o aluminio para tener el mayor coeficiente de térmica ¿expansión? Explique. 2-33 El aluminio y el silicio están lado a lado en la tabla periódica. el acero se expande más que el revestimiento. tales como polietileno y poliestireno. aluminio tiene enlaces metálicos. iónico. En Al. Por lo tanto. . Solución: MgO tiene enlaces iónicos. 2-35 El acero se reviste con una capa fina de cerámica para ayudar a proteger contra la corrosión. que son fuertes en comparación con los enlaces metálicos en Mg. Solución: Se espera que la cerámica de tener un bajo coeficiente de expansión térmica debido a los enlaces iónicos / covalentes fuertes. MgO debe tener el mayor módulo de elasticidad. 2-34 Explicar por qué el módulo de elasticidad de los polímeros termoplásticos simples. mi ≈ 6 × 10 6 psi. Solución: El silicio tiene enlaces covalentes. se espera que sea muy bajo en comparación con la de los metales y cerámicas. E = 30 × 10 6 psi. Si debe tener un mayor módulo de elasticidad. . 3 Arreglos atómicos y jónico 3-25 Calcular el radio atómico en cm para lo siguiente: (a) de metal BCC con un o = 0.42906 nm.1426 nm 1.0862 Å y un átomo por punto de la red. = 426 10 × 8 - cm 4 (B) Para los metales de la FCC. Solución: (A) Para los metales BCC. y (b) el radio atómico del potasio. r = 0.1858 nm) x= 3 .9489 Å) = (4) (1. ( ) 3 4 uno ( 3 )(0. r = 1. ( ) 2 4 uno ( 2 )(4 .855 g / cm 3.9489 Å. Por lo tanto BCC 3-27 La densidad de potasio. Por lo tanto FCC (B) ( X)( 0.75 Å y un átomo por punto de la red. Calcular (a) el parámetro de red.3294 nm y un átomo por punto de la red.75 Å) x= 2 .1858 nm y un átomo por punto de la red.4447 UN = 1 . que tiene la estructura BCC y un átomo por celosía punto.3294 nm) r = = = 0.4447 10 ×8 - cm 3-26 Determinar la estructura cristalina de los siguientes: (a) un metal con un o = 4. El peso atómico de potasio es 39.0862 UN 4 ) r = = = 1 .42906 nm) = (4) (0. y (b) un metal con un o = 0. 15 . Solución: Queremos determinar si “ X ”En los cálculos de abajo es igual a (por FCC) o 2 3 (Por BCC): (un) ( X)( 4. y (b) de metal FCC con un o = 4. es 0.09 g / mol. 72 g / cm 3. es 11. Solución: (A) De la ecuación 3-5: 11.2517 × 10 .8 cm) Solución: 1. y un parámetro de celosía de 6.3103 10 × .855 g / cm 3 = ( 2 átomos / célula) (39. ( X átomos / célula) (132. ( X átomos / célula) (87.6 g / cm 3.dieciséis La Ciencia e Ingeniería de Materiales Manual de solución del instructor Solución: (A) Utilizando la ecuación 3-5: 0.91 g / mol) (6. y un parámetro de celosía de 6.0849 Å.3355 10× .8 cm) 2 ( 4. un peso atómico de 132.0856 10× .8 Solución: 2.315297 × 10 .62 g / mol.22 cm 3 o un o = 5.09 g / mol) ( un o) 3 ( 6.02 × 10 23 átomos / mol) x = 2. Un átomo se asocia a cada punto de la red.9459 × 10 .286 g / cm 3 = (3.62 g / mol) (6.5189 × 10 .02 × 10 23 átomos / mol) x = 2. un peso atómico de 87.8 cm 3-28 La densidad de torio.3355 × 10 . La densidad es 7.892 g / cm 3 = 3( 6.02 × 10 23 átomos / mol) un O3 = 1.8 cm (B) A partir de la relación entre el radio atómico y parámetro de red: 2 )(5 . por lo tanto BCC 3-31 El indio tiene una estructura tetragonal con un o = 0.72 g / cm 3 = ( 4 átomos / célula) (232 g / mol) ( un o) 3 ( 6.49459 nm.0856 × 10 .91 g / mol.32517 nm y do o = 0.8 cm) (6.82 g / mol.8 cm ) r=( = 1 .82 g / mol) 7.22 cm 3 o un o = 5.13 × 10 . Determinar la estructura cristalina del metal. Un átomo se asocia a cada punto de la red.8 cm (B) A partir de la relación entre el radio atómico y parámetro de red: 3 )(5 . Qué indio tienen la estructura tetragonal sencilla o tetragonal centrada en el cuerpo? Solución: ( X átomos / célula) (114.0849 × 10 .13 Å. que tiene la estructura de FCC y un átomo por punto de la red. por lo tanto FCC 3-30 AMETAL que tiene una estructura cúbica tiene una densidad de 1.02 × 10 23 átomos / mol) un O3 = 1.7980 10 × .8 cm 4 3-29 AMETAL que tiene una estructura cúbica tiene una densidad de 2.892 g / cm 3.8 cm 4 ) r=( = 2 .286 g / cm 3 y el peso atómico es 114.6 g / cm 3 = cm) 3 ( 6. Calcular (a) el parámetro de red y (b) el radio atómico del torio. Determinar la estructura cristalina del metal.02 × 10 23 átomos / mol) x = 4. El peso atómico de torio es 232 g / mol. por lo tanto BCT (tetragonal centrada en el cuerpo) . 1218 nm.1566 nm 3 3-34 El berilio tiene una estructura cristalina hexagonal. Determinar: (a) el número de átomos en cada celda unitaria y (b) el factor de embalaje en la celda unidad.72 g / mol.01622 nm 3 = 16.72 g / mol) (1.24 cm 3 (A) A partir de la ecuación de densidad: ( X átomos / célula) (9. Determinar: (a) el número de átomos en cada celda unitaria y (b) el factor de embalaje en la celda unidad.808 g / cm 3 y el peso atómico es 208.02 × 10 23 átomos / mol) x = 6 átomos / célula 3-33 Galio tiene una estructura ortorrómbica.186 nm. con un o = 0.4546 nm) 2 ( 1.566 × 10 .1226 × 10 .1143 nm) 3 = 0.1226 × 10 .22 × 10 .22858 nm y do o = 0.01 g / mol) (16.21226 nm 3 = 2.76570 nm. y el peso atómico es 9.22 cm 3 (B) Si “ X ”Es el número de átomos por celda unidad.387 0. la densidad es 1. con un o = 0.35842 nm) cos 30 = 0.1566 nm 3 = 1.22 cm 3 (A) A partir de la ecuación de densidad: ( X átomos / célula) (69.35842 nm.848 g / cm 3. V = (0.4546 nm y do o = 1. Solución: V = ( 0. Determinar: (a) el volumen de la celda unitaria y (b) el número de átomos que hay en cada celda unitaria.45186 nm.22 × 10 .22858 nm) 2 ( 0.24 cm 3) 1.45186 nm) (0. Solución: (A) El volumen de la celda unitaria es V = a o2 do o cos30.22 cm 9. con un o = 0.01 g / mol. El radio atómico se 0. Solución: El volumen de la celda unitaria es V = a o segundo o do o o V = ( 0.76570 nm) = 0.1218 nm) 3 = 0.02 × 10 23 átomos / mol) x = 2 átomos / célula (B) El factor de empaquetamiento (PF) es: PF = (2 átomos / célula) (4 π / 3) (0.45258 nm. La densidad es 9.808 g / cm 3 = 3) ( 6. El radio atómico es 0.904 g / cm 3 = 3) ( 6. y do o = 0.98 g / mol) (2. CAPÍTULO 3 Arreglos atómicos y jónico 17 3-32 El bismuto tiene una estructura hexagonal. La densidad es 5.1143 nm.566 × 10 .98 g / mol.904 g / cm 3 y el peso atómico es 69. segundo o = 0.77 0.01622 nm 3 . entonces: ( X átomos / célula) (208.22 cm 5.186 nm) (cos30) = 0.848 g / cm 3 = ( 6.02 × 10 23 átomos / mol) x = 8 átomos / célula (B) Desde el factor de empaquetamiento ecuación (PF): PF = (8 átomos / célula) (4 π / 3) (0.45258 nm) (0. Mn se puede ajustar por un factor de 58/20.354 × 10 .8 cm) 3 = 2.Mn = ( 6.18 La Ciencia e Ingeniería de Materiales Manual de solución del instructor 3-39 Por encima de 882 o C.22 cm 3 El volumen de la β. con un o = 0.931 × 10 .05% V α. A partir de la ecuación de densidad.326 × 10 .Minnesota × 100 = (58/20) (2.Minnesota: ( X átomos / célula) (54.23 cm 3 / celda) . Determinar el cambio de volumen por ciento cuando BCC titanio transforma a titanio HCP.Mn tiene una estructura cúbica con un o = 0.931 × 10 .8 cm) 3 = 7. β. Por debajo de esta temperatura.22 cm 3 por β. el titanio tiene una estructura HCP.112 nm.938 g / mol) (8. El cambio de volumen es entonces: Δ V = ( 58/20) V β.2978 nm) 2 ( 0. Determinar el porcentaje de cambio de volumen que se produciría si α.4735 nm) cos30 = 0.Mn = ( 8.866 × 10 . ¿Es esta una contracción o expansión? Solución: Podemos encontrar el volumen de cada celda unidad.26 g / cm 3. 3-40 α. por lo que los volúmenes de las células unitarias se pueden comparar directamente.8 cm) 7.12 × 100 = + 3.354 × 10 .03659 nm 3 V HCP = ( 0. V BCC = ( 0.6% durante el enfriamiento.938 g / mol) (6. con a = 0.Minnesota .03659 nm 3 Por lo tanto titanio contratos 0.03637 nm 3 Δ V = V HCP .326 × 10 .12 el manganeso expande por 3.53) .V α.02 × 10 23 átomos / mol) x = 20 átomos / célula V β. Calcular (a) el nú- BER de celdas unitarias y (b) el número de átomos de hierro en el clip de papel.332 nm.8 cm) 3 = 2. para dar cuenta de la diferente número de átomos por célula.Minnesota tiene una estructura cúbica diferente. El peso atómico de manganeso es de 54.6326 nm y una densidad de 7.Minnesota: ( X átomos / célula) (54. (Véase el Apéndice A para datos requeridos) Solución: El parámetro de red para el hierro BCC es 2.Mn transforma a β.87 g / cm 3.26 g / cm 3 = 3( 6.8 cm) 7. nos encontramos con el α.Minnesota.87 g / cm 3) ( 2.8931 nm y una densidad de 7.03637 nm 3 .03659 nm 3 × 100 = .6% V BCC 0. Solución: En primer lugar tenemos que encontrar el número de átomos en cada celda unidad para que podamos determinar el cambio de volumen basado en el mismo número de átomos. titanio tiene una estructura cristalina BCC.05% durante la transformación. Dos átomos están presentes tanto en células unitarias HCP titanio BCC y.59 g número = = 3.12 × 10 . Por lo tanto V celda unidad = ( 2.866 × 10 .332 nm) 3 = 0.47 g / cm 3.V BCC × 100 = 0.53 × 10 .7. 3-35 Un clip de papel típico pesa 0.Minnesota 7.938 g / mol y el radio atómico es 0.8 cm.47 g / cm 3 = 3( 6.4735 nm.0. con a = 0.185 × 10 21 Células (7.23 cm 3 (A) La densidad es 7. El número de células de unidad es: 0.59 g y se compone de hierro BCC.2978 nm y c = 0.02 × 10 23 átomos / mol) x = 58 átomos / célula V α.0.
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