Vidros

Nos últimos tempos, avanços constantes na construção de redes de telecomunicações em banda larga ampliaram imensuravelmente o campo tecnológico da fabricação de vidros. Um vidro pode ser descrito como um sólido iônico amorfo semelhante a um líquido e com estruturas em rede baseada em um óxido de ametal, geralmente a sílica, SiO₂, fundida juntamente com óxidos de metais que funcionam como “modificadores de rede” e modificam o arranjo das ligações do sólido.

Na obtenção do vidro, a sílica no formato de areia é aquecida até aproximadamente 1600°C. Óxidos metálicos, com estrutura MO (em que M refere-se a um cátion metálicos), são adicionados à sílica e quando a mistura se funde, diversas ligações Si__O se quebram e a estrutura ordenada dos cristais é perdida, no entanto, quando a mistura e resfriada as ligações Si__O voltam novamente, porem o reticulo cristalino não é restaurado, já que alguns átomos de silício se ligam ao íon O2- dos óxidos d metal para dar grupos __Si__O^{- __}M⁺ responsáveis por substituírem algumas ligações __Si__O__Si__ originalmente presentes na sílica pura. Os vidros de silicato são em geral transparentes e duráveis, e podem ser moldados em formato de folhas planas, utilizados para a confecção de garrafas ou moldados na forma desejada. As fibras óptica são feitas puxando-se uma fibra fina a partir de um cilindro de vidro opticamente puro, aquecido ate amolecer. A fibra é então revestida com plástico (Fig. 01)

Aproximadamente 90% de todos os vidros fabricados combinam óxidos de sódio e de cálcio com sílica para originarem o vidro de cal-soda (tipo de vidro utilizado em janelas e garrafas), contendo cerca de aproximadamente 12% de Na₂O (soda), preparado a partir da ação do calor sobre o carbonato de sódio e 12% de CaO (cal). A redução das proporções de soda e cal, e a adição de 16% de B2O3, levam a um vidro de borossilicato, como o Pyrex. Como os vidros de borossilicato não se expandem consideravelmente quando aquecidos, eles resistem ao aquecimento e resfriamento rápidos, sendo usados como pratos que vão ao forno e becheres de laboratório.

De forma geral, os vidros de silicato têm estruturas amorfas, produzidas pela adição de sais que alteram a estrutura cristalina. Eles podem ser atacados por bases fortes e por acido fluorídrico.

Os vidros são hoje utilizados em quase todos os aspectos das atividades humanas; em casa, na ciência, na indústria e mesmo na arte, graças ao fato de serem ajustados às diversas finalidades. O que era considerado de pouca resistência mecânica pode hoje ser usado em novas aplicações, das mais diversas formas inimagináveis. As técnicas de têmpera térmica e química são responsáveis pela alta resistência de pára-brisas de automóveis, vidros a prova de bala e lentes de óculos. Por outro lado, vidros de "quebra sob comando" são especificados para fazerem exatamente isto; quebram-se da forma que os usuários desejam.Os vidros óticos são nossos conhecidos nos microscópios, binóculos e máquinas fotográficas. Outras espécies são ainda sensíveis à luz ultravioleta, podendo serem utilizados para tomadas fotográficas, desenvolvendo a imagem por tratamento térmico. Assim, são feitos objetos de vidro das formas mais intrincadas, através da dissolução ácida das partes expostas à luz.

Um dos materiais mais espetaculares dos nossos tempos são os vitro-cerâmicos, materiais policristalinos obtidos da cristalização controlada de vidros, tendo, ao contrário das cerâmicas, ausência de poros e grãos muito pequenos (400-10.000 ângstron). Esses materiais, em geral, apresentam propriedades inusitadas, dificilmente alcançadas por outros materiais. Suas aplicações são as mais diversas, englobando uma infinidade de utilizações nas indústrias química, mecânica, eletrônica, de equipamentos médicos e científicos e até na indústria bélica: cones de mísseis, por exemplo, são feitos de vitro-cerâmicos.

Referencias

ATKINS, P.; JONES,L. Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio ambiente.

AKERMAN. M. Natureza, Estrutura e Propriedades do Vidro. Disponível em http://www.saint-gobain-cetev.com.br/ovidro/vidro.pdf. Acesso em 26. Jun. 2010

Cristais Líquidos

Um material típico presente em mostradores eletrônicos se trata de um material intermediário entre um solido e um líquido, conhecido como Cristal Liquido. Os cristais líquidos caracterizam-se como substancias com a capacidade de escoar como líquidos viçosos, apresentando moléculas com arranjo molecular ordenado, muito parecido com o de um cristal. Os cristais líquidos são exemplos de uma mesofase, ou seja, um estado intermediário da matéria com a fluidez de um líquido e um pouco da ordem molecular de um sólido, apresentando extrema utilidade em equipamentos eletrônicos; uma vez que respondem gradativamente a mudanças de temperatura e de campo elétrico.

Os trabalhos iniciais com cristais líquidos datam de 1888, quando Frederick Reinitzer (botânico austríaco), descobriu algumas propriedades incomuns no composto orgânico benzoato de colesterila. Quando aquecida, essa substancia funde-se a 145 °C para formar um liquido leitoso e viscoso; a 179 °C esse líquido de forma repentina se torna líquido. Quando resfriada, ocorre o inverso. Assim, em vez de passar diretamente da fase sólida para a líquida quando aquecidas, algumas substancias, passam por uma fase intermediaria, fase líquida cristalina que apresenta parte da estrutura dos sólidos e parte da liberdade de movimento que os líquidos possuem. Devido à organização parcial, os cristais líquidos podem apresentar extremo caráter de viscosidade; possuindo propriedades intermediarias entre as duas fases líquida e sólida. Devido a essa característica intrínseca, os cristais líquidos são hoje muito utilizados como sensores de pressão e temperatura e também como visores de dispositivos elétricos, como relógios digitais, notebooks, calcularas e etc .

Tipos de Cristal Líquido

Existem dois tipos essenciais de cristais líquidos: os termotrópicos e os liotrópicos. Os cristais presentes no grupo dos termotrópicos são constituídos por moléculas formadas de duas partes distintas: uma polar que forma a cabeça e freqüentemente iônica, e outra apolar que forma a cauda. A parte polar é atraída pela água (hidrofílica), enquanto a parte apolar é repelida pela água sendo então hidrofóbica; uma característica também intrínseca dos tensoativos surfactantes.

Classificação das fases nos Cristais Líquidos

As substancias que forma cristais líquidos são geralmente compostas por longas moléculas no formato de tubos. Na fase liquida normal, essas moléculas se orientam aleatoriamente (Fig. 01 a). Por outro lado, as fases liquidas cristalinas apresentam determinado estagio molecular organizacional, assim, de acordo com a natureza organizacional os cristais líquidos podem ser classificados em neumáticos, esméticos ou colestéricos.

Na fase liquida cristalina nemática as moléculas estão alinhadas ao longo de seus eixos, não havendo organização em relação aos lados das moléculas (Fig.01 b). Nas fases liquidas cristalinas esmética as moléculas apresentam organização adicional em camadas, com seus eixos longos perpendiculares às camadas Outras fases cristalinas esméticas exibem diferentes tipos de alinhamentos (Fig. 01 c e 01 d), com seus eixos longos inclinados em relação às camadas nas quais as moléculas estão empilhadas.

Fig. 01. Organização nas fases líquidas cristalinas

Já na fase líquida cristalina colestérica, as moléculas se encontram alinhadas ao longo dos eixos longos semelhante ao que ocorre em cristais líquidos nemáticos, no entanto o arranjo acontece em camadas com as moléculas levemente torcidas em cada plano em relação às moléculas nos planos acima e abaixo (Fig. 02). Devido à sua organização molecular os cristais líquidos colestéricos têm sido usados para monitorar variações de temperatura em situações em que os métodos convencionais não são praticáveis. Por exemplo, são eficazes para detectar pontos quentes em circuitos microeletrônicos, capazes de apontara presença de falha, podendo também ser acomodados dentro de termômetros para medir a temperatura na pele de crianças.

Fig. 02. Organização em um Cristal Líquido Colestérico

Referencias

ATKINS, P.; JONES,L. Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 3.ed. Porto Alegre: Bookman, 2006.p.292-293.

BROW, T. HL; LEMAY, H. E.; BURSTEN, B. E.; BURDGE, J. R. Química A Ciência Central. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. p.413- 417

Cristais Líquidos. Disponível em http://www2.dbd.puc-rio.br/pergamum/tesesabertas/0014235_04_cap_04.pdf. Acesso em 05. Jun. 2010