QUESTÃO 3
Considere um cristal metálico submetido a alta temperatura. O número de lacunas de equilíbrio aumenta exponencialmente com a temperatura.
Qual é a principal consequência desse fenômeno?
Escolha uma opção:
a. Redução do coeficiente de expansão térmica.
b. Aumento da difusão atômica devido à maior disponibilidade de sítios vazios.
c. Transformação da rede cristalina de CFC para CCC.
d. Formação de discordâncias adicionais que aumentam a resistência mecânica
e. Diminuição da condutividade elétrica devido ao aumento da mobilidade eletrônica.
Escolha uma opção:
a. Redução do coeficiente de expansão térmica.
b. Aumento da difusão atômica devido à maior disponibilidade de sítios vazios.
c. Transformação da rede cristalina de CFC para CCC.
d. Formação de discordâncias adicionais que aumentam a resistência mecânica
e. Diminuição da condutividade elétrica devido ao aumento da mobilidade eletrônica.
Passo 1
O enunciado diz que, em um cristal metálico, a concentração de lacunas de equilíbrio cresce exponencialmente com a temperatura. O conteúdo envolve defeitos pontuais em sólidos e suas consequências, especialmente no transporte de átomos. Para resolver, vamos usar a expressão de equilíbrio para concentração de lacunas e relacioná-la com o coeficiente de difusão atômica.
Passo 2
A teoria de defeitos pontuais prevê que a fração de sítios vazios (lacunas) em equilíbrio é dada por
onde
é a energia de formação da lacuna,
é a constante de Boltzmann e
a temperatura absoluta. Como vemos, ao aumentar
, a quantidade de lacunas cresce muito, pois o expoente fica menos negativo.
Passo 3
Na difusão por mecanismos de vacância, o coeficiente de difusão
também segue uma lei de Arrhenius do tipo
e depende diretamente do número de sítios vazios: quanto mais lacunas existir, mais fácil é para átomos vizinhos trocarem de posição com elas. Logo, o aumento exponencial de lacunas resulta num aumento significativo de
, isto é, de difusão atômica.
Passo 4
Analisando as opções:
a) Coeficiente de expansão térmica não está ligado diretamente ao número de lacunas.
c) A mudança de CFC para CCC é transformação de fase, não deflagrada por lacunas.
d) Discordâncias são defeitos de linha independentes das lacunas de equilíbrio.
e) Maior mobilidade eletrônica tenderia a aumentar, não diminuir, a condutividade.
Portanto, a única consequência coerente é o aumento da difusão atômica pela maior disponibilidade de sítios vazios.
a) Coeficiente de expansão térmica não está ligado diretamente ao número de lacunas.
c) A mudança de CFC para CCC é transformação de fase, não deflagrada por lacunas.
d) Discordâncias são defeitos de linha independentes das lacunas de equilíbrio.
e) Maior mobilidade eletrônica tenderia a aumentar, não diminuir, a condutividade.
Portanto, a única consequência coerente é o aumento da difusão atômica pela maior disponibilidade de sítios vazios.
Resposta
b) Aumento da difusão atômica devido à maior disponibilidade de sítios vazios.