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• Miguel Angel Vazquez Corral

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Estructura atómica 1. Para formar un sello hermético a los gases en una cámara de vacío, se utiliza un anillo de oro en forma de O. El anillo de obtiene a partir de un alambre de 80 mm de longitud y 1.5 mm de diámetro. Calcule el número de átomos en el anillo. 2. El papel de aluminio común para uso doméstico es prácticamente aluminio puro. Una caja de este producto en un supermercado advierte que contiene 6.9 m2 de material (en un rollo de 304 mm de ancho y 22.8 m de longitud). Si la hoja de aluminio tiene un espesor de 12.7 µm, calcule el número de átomos de aluminio en el rollo. 3. En un dispositivo semiconductor metal-óxido (MOS), se hace crecer una fina capa de SiO2 (ρ = 2.20 Mg/m3) sobre un monocristal de silicio. ¿Cuántos átomos de Si y cuantos átomos de O hay por milímetro cuadrado de capa de óxido? Suponga que el espesor de la capa de óxido es de 100 nm. 4. Una caja con un envoltorio de plástico transparente para uso doméstico contiene polietileno, (C2H4)n con una densidad de 0.910 Mg/m3. Se indica que la caja contiene 9.3 m2 de material (en un rollo de 304 mm de ancho por 30.5 m de largo). Si el espesor del film es de 12.7 µm, determine el número de átomos de carbono y el número de átomos de hidrógeno que hay en el rollo completo. 5. Un whisker de Al2O3 es un monocristal de muy pequeño tamaño que se utiliza para reforzar materiales compuestos de matriz metálica. Si se supone que su forma es cilíndrica, calcular el número de átomos de Al y el número de átomos de O en un whisker con un diámetro de 1 µm y una longitud de 30 µm. (La densidad del Al2O3 es de 3.97 Mg/m3). 6. Una fibra óptica para telecomunicación está fabricada con vidrio de SiO2 (densidad = 2.20 Mg/m3). ¿Cuántos átomos de Si y cuantos átomos de O están presentes, por mm de longitud, en una fibra de 10 µm de diámetro? 7. Una moneda de cobre tiene una masa de 2.60 g. Suponiendo que se trata de cobre puro, ¿a qué porcentaje de esa masa contribuyen a) los neutrones del núcleo atómico? B) ¿ Y los electrones? 8. ¿Qué propiedades debe poseer la cabeza de un martillo de carpintero? ¿Cómo fabricaría dicha cabeza? R. La cabeza de un martillo de carpintero es producido por forjado, un proceso metalúrgico, el acero se calienta y se formó en varios pasos en caliente en la forma requerida. La cabeza es luego tratado térmicamente para producir las propiedades mecánicas y físicas requeridas.

9.

El acero se recubre con frecuencia con una capa delgada de zinc, cuando se va usar a la intemperie. ¿Qué características cree que aporta el zinc a ese acero recubierto o galvanizado?

R.

El zinc proporciona resistencia a la corrosión del hierro de dos maneras: Si el hierro está completamente recubierto con zinc, el zinc proporciona una barrera entre el hierro y el medio ambiente que lo rodea, por lo tanto, la protección de la subyacente con el hierro. Si el recubrimiento de zinc está rayado para exponer el hierro, el zinc sigue protegiendo el hierro, porque el zinc se corroe preferentemente al hierro. Para ser eficaz, el zinc debe unir se al hierro de modo que no permite que las reacciones que se produzca en la interface con el hierro y el cinc de manera que se mantiene intacta durante cualquier formación del material galvanizado. Cuando se recicla el material, la de zinc será pérdida por oxidación y evaporación, produciendo a menudo un "polvo de zinc" que puede suponer un riesgo ambiental. Equipos especiales puede ser necesarios para recoger y reciclar o bien disponer del polvo de zinc.

10.

Los resortes helicoidales deben ser muy resistentes y rígidos. El Si3N4 es un material resistente y rígido. ¿Seleccionaría usted este material para un resorte? Explique por qué.

R.

Los resortes están destinados para resistir altas fuerzas elásticas, donde sólo los enlaces atómicos se estiran cuando se aplica la fuerza. El nitruro de silicio debería cumplir con este requisito. Sin embargo, nos gustaría también tener una buena resistencia al impacto y al menos algunos de ductilidad (en caso de que el resorte se sobrecargara) para asegurar que el muelle no fallará catastróficamente. Nos gustaría estar seguro de que todos los muelles funcionará satisfactoriamente. Materiales cerámicos tales como nitruro de silicio no tienen prácticamente ductilidad, propiedades de impacto pobre, y a menudo son difíciles de fabricar y sin la introducción de al menos algunos pequeños defectos que causan al fracaso incluso para fuerzas relativamente bajas. No se recomienda el nitruro de silicio.

11.

Desea separar físicamente diverso materiales en un planta de reciclado de chatarra. Describa algunos métodos que se puedan usar para separar materiales como polímeros, aleaciones de aluminio y aceros entre sí.

R. Los aceros se pueden separar magnéticamente de los otros materiales; los aceros ( las aleaciones de hierro contienen carbono) son ferromagnético y se sentirá atraída por imanes. Podría usar diferencias de densidad –los polímeros tienen una densidad cercana a la del agua, la gravedad específica de las aleaciones de aluminio es de alrededor de 2,7; la de los aceros es entre 7,5 y 8. Podrían usarse mediciones de conductividad eléctrica-los polímeros utilizados son aislantes, el aluminio tiene una alta conductividad eléctrica.