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7/24/2019 PRE4122 Exercise No. 2 Atomic Structure and Interatomic Bonding

1/10

Mansoura University

Faculty of Engineering

Prod. Mech. Design Eng. Dept.

Production and Materials Engineering

(PRE4122)

Working sheet and assignment No. 2)

Atomic Structure and Interatomic Bonding

First Year Mech. Eng. Section No. : ---------------

Student name : ------------------- Student ID : ---------------

Due date :

Day: ------------

Date : / /

Marks

Instructor : Dr Tawakol Ahmed ENA B

Dr.T.A.ENAB


2/10

Question 1:

Q1- a) What is an isotope? Why are the atomic weights of the elements not integers?

Cite two reasons.

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Q1- b)

Relative to electrons and electron states, what does each of the four quantumnumbers specify?

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Dr.T.A.ENAB


3/10

Q1- c) Give the electron configurations for the following ions : Fe2+

, Fe3+

, Cu+

,

Ba 2+

, Br -

, and S2-

if their atomic numbers are 26, 26, 29, 56, 35 and 16

respectively.

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Q1- d)

Indium, which has an atomic number of 49, contains no electrons in its 4f

energy level. Based only on this information, what must be the valence of indium?

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Dr.T.A.ENAB


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Question 2:

Q2- a) Using the given densities and atomic weights, calculate the number of atoms

per cubic centimeter in :

i. Boron B ( = 2.3 g/cm3 , AB= 10.811 g/mol)

ii.

Copper Cu ( = 8.93 g/cm3 , ACu= 63.54 g/mol)

iii. Lead Pb ( = 11.36 g/cm3 , APb= 207.19 g/mol)

iv. Lithium Li ( = 0.534 g/cm3 , ALi= 6.939 g/mol)

v. Titanium Ti ( = 4.507 g/cm3 , ATi= 47.90 g/mol)

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Dr.T.A.ENAB


5/10

Q2- b) Aluminum foil used for storing food weighs about 0.3 g per square inch. How

many atoms of aluminum are contained in this sample of foil? (Note : the atomic

weight of aluminum is 26.982 g/mol).

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Q2- c)

Calculate the number of iron atoms in one ton if its atomic weight is 55.847

g/mol.

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Dr.T.A.ENAB


6/10

Q2- d) Calculate the volume in cubic centimeters occupied by one mole of boron if it

has a density of = 2.3 g/cm3and its atomic weight isAB= 10.811 g/mol.

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Q2- e) In order to plate a steel part having a surface area of 500 cm2with a 0.005 cm

thick layer of nickel ( = 8.902 g/cm3,ANi= 58.71 g/mol) :

vi.

How many atoms of nickel are required?

vii. How many moles of nickel are required?

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7/10

Question 3:

Q3- a) Calculate the force of attraction between a Ca2+

and an O2-

ion the centers of

which are separated by a distance of 1.5 nm. (Note: k0= 1 / [4 0], the permittivity

of a vacuum 0 = 8.85*10-12

F/m).

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Q3- b) For a K+Cl

- ion pair, attractive and repulsive energies EA and ER,

respectively, depend on the distance between the ionsr, according to :

9

610*86.5436.1

rE

rE

RA

For these expressions, energies are expressed in electron volts per K+Cl-pair, andris

the distance in nanometers. The net energy ENis just the sum of the two expressions

above.

i. Superimpose on a single plotEN,ER, andEA versusrup to 1.0 nm.

ii. On the basis of this plot, determine :

The equilibrium spacingr0between the K+and Cl

-ions.

The magnitude of the bonding energyE0 between the two ions.

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Question 4:

Q4- a) Briefly cite the main differences between ionic, covalent, and metallic

bonding. Illustrate your answer with sketches.

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Q4- b) State the Pauli Exclusion Principle.

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Q4- c) Would you expect Al2O3 or aluminum to have the higher coefficient of

thermal expansion? Explain.

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Q4- d)

Explain why the modulus of elasticity of simple thermoplastic polymers, such

as polyethylene and polystyrene, is expected to be very low compared with that of

metals and ceramics.

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Q4- e) Steel is coated with a thin layer of ceramic to help protect against corrosion.

What do you expect to happen to the coating when the temperature of the steel isincreased significantly? Explain.

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