Tecnología de Materiales - Tarea 2

TAREA # 2

1. ¿Cuáles son las clases de materiales fundamentales en Ingeniería?

1. Se considera que los transistores han causado una revolución en la electrónica y en consecuencias en muchas otras industrias. A) Identifique las componentes críticas de un transistor de unión p-n. b) Identifique el material empleado en la fabricación de cada componente y diga algunas de sus características fundamentales.

En los transistores de silicio se utilizan variaciones del silicio como por ejemplo el silicio tipo “p” que contiene átomos de boro cuya valencia es de 3 electrones. Junto con los 4 del silicio, reaccionan los tres de boro dejando un hueco positivo en la estructura. El tipo “n” contiene átomos de fósforo cuya valencia es de 5, dejando un electrón de más en la estructura.

1. Que tipo de material es el cobre de alta pureza exento de oxigeno. ¿Cuáles son sus características fundamentales y cuales sus aplicaciones en la industria eléctrica?

El cobre en estado altamente puro se utiliza principalmente para la conducción de electricidad, sin embargo se requiere una aleación de este cobre con níquel para que los conductores sean flexibles y a la vez buenos conductores. Cobre en su estado puro es un metal tipo FCC

1. Un alambre de Oro tiene 0.7 mm de diámetro y 8 cm de largo. ¿Cuantos átomos contiene? La densidad del Oro es de 19.3 g/cm3.

ρ = 19.3 g/cm3

NA = 6.022x1023

noro = (moro / PAoro) = ((19.3*0.03078) / 197) = 3.016x10-3

Natm = NA*noro = 6.022x1023*3.016x10-3 = 1.816x1021

1. Una Aleación de cuproníquel esta formada de 80 % en peso de Cu y 20 % en peso de Ni. ¿Cuales son los porcentajes atómicos de Cu y Ni en la aleación?

mcu = 80g

mni = 20g

ncu = (80 / 53.546) = 1.494

nni = (20 / 58.693) = 0.341

ntotal = 1.835

%cu = (1.494 / 1.835)*100 = 81.417%

%ni = (0.341 / 1.835)*100 = 18.583%

1. Un átomo de hidrógeno tiene un electrón en el nivel n=6. El electrón baja a un estado n=2. Calcule a) La energía del fotón emitido, b) Su frecuencia y c) su longitud de Onda.

Δe = (-13.6eV / 6) – (-13.6eV / 2) = 4.533eV 🡪 7.253x10-19J

Δe = f*h = 7.253x10-19J = f*6.63x10-34 🡪 f = 1.094x1015Hz

Δe = (h*c) / λ 🡪 λ = 2.742x10-7

1. Escriba las configuraciones electrónicas de los siguientes elementos; emplee la notación spdf.   a) Silicio,   b) Titanio,    c)  Níquel,    d) itrio,  e) Uranio

Silicio: 1s22s22p63s23p4

Titanio: [Ar]4s23d2

Níquel: [Ar]4s23d8

Itrio: [Kr]5s24d1

Uranio: [Rn]7s25f4

1. Describa brevemente los siguientes tipos de enlaces primarios a) Iónico, b) Covalente y c) Metálico.

El enlace iónico de da principalmente entre los elementos del primer y segundo grupo con los del séptimo y sexto grupo de la tabla periódica. Este enlace se debe al donar y recibir un electrón del otro átomo para completar los 8 electrones de valencia.

El enlace covalente es entre átomos del mismo elemento donde se compartes electrones para completar la configuración de valencia.

En el enlace metálico los átomos de los metales están rodeados por muchos electrones libres, así los átomos están unidos a esta nube de electrones que es compartida por todos los átomos del elemento.

1. Calcule la fuerza de atracción entre el par K+ y el Br– que apenas se tocan. Suponga que el radio Iónico del K+ es de 0.133 nm y el del Br– es 0.196 nm.

F = -((Z1*e)(Z2*e)) / (4π *ε0*a2) 

Z1 = 1

Z2 = -1

e = 1.602x10-19C

ε0 = 8.85x10-12

F = 2.13197x10-9

1.  Calcule la energía potencial neta para el par K+Br– empleando la constante b calculada en el problema 9. Suponga n = 9.5.

F = -(n*b) / a(n+1) = -3.52506x10100b

b = 6.04804x10-110

E = (F-b) / an

E = (2.13197x10-9 - 6.04804x10-110) / (3.29x10-10)9.5 = 7.38335x10-20

1.  El acero inoxidable es una aleación resistente a la corrosión debido a  que contiene grandes cantidades de cromo. ¿Cómo protege el cromo al metal de la corrosión?

El cromo con el que esta hecho las aleaciones de los diferentes tipos de aceros inoxidables forma una capa muy delgada en la superficie del acero, dejando así inerte el material a cualquier reacción química.

1.  Determinada aplicación demanda un material que no sea conductor (aislante eléctrico), que sea extremadamente rígido y ligero. a)  Que clase de material investigaría para su aplicación. b) ¿Explique su respuesta desde el punto de vista de los enlaces presentes?

Yo considero que las cerámicas son un excelente material para las especificaciones con la excepción del peso. Sin embargo, las cerámicas son excelentes aislantes eléctricos y son muy resistentes a fricción y desgaste por su dureza. Las cerámicas estan formadas principalmente por enlaces iónicos los cuales donan y reciben electrones por lo que su polaridad como molécula es neutral y no conducen electricidad.

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