Copo - Glass

A fachada de um edifício de vidro

Vidro é um não- cristalina , muitas vezes transparentes sólido amorfo , que tem amplo uso prático, tecnológico, e decorativo, por exemplo, janelas vidros, utensílios de mesa , e óptica . O vidro é mais freqüentemente formado por resfriamento rápido ( têmpera ) da forma fundida ; alguns vidros, como o vidro vulcânico, ocorrem naturalmente. Os tipos de vidro manufaturados mais conhecidos e, historicamente, mais antigos são os "vidros de silicato" baseados no composto químico sílica (dióxido de silício ou quartzo ), o principal constituinte da areia . O vidro de cal , contendo cerca de 70% de sílica, representa cerca de 90% do vidro manufaturado. O termo vidro , no uso popular, é freqüentemente usado para se referir apenas a este tipo de material, embora os vidros sem sílica geralmente tenham propriedades desejáveis ​​para aplicações na tecnologia de comunicação moderna. Alguns objetos, como copos e óculos , são tão comumente feitos de vidro à base de silicato que são chamados simplesmente pelo nome do material.

Embora frágil, o vidro de silicato enterrado sobreviverá por longos períodos se não for perturbado, e existem muitos exemplos de fragmentos de vidro das primeiras culturas de fabricação de vidro. Evidências arqueológicas sugerem que a fabricação de vidro data de pelo menos 3.600 aC na Mesopotâmia , Egito ou Síria . Os primeiros objetos de vidro conhecidos eram contas , talvez criadas acidentalmente durante o trabalho em metal ou a produção de faiança . Devido à sua facilidade de moldagem em qualquer formato, o vidro tem sido tradicionalmente usado para recipientes, como tigelas , vasos , garrafas , potes e copos. Em suas formas mais sólidas, também tem sido usado para pesos de papel e mármores . O vidro pode ser colorido pela adição de sais de metal ou pintado e impresso como vidro esmaltado . As propriedades refrativas , reflexivas e de transmissão do vidro tornam o vidro adequado para a fabricação de lentes ópticas , prismas e materiais optoeletrônicos . As fibras de vidro extrudadas têm aplicação como fibras ópticas em redes de comunicações, material isolante térmico quando emaranhado como lã de vidro para reter o ar, ou em plástico reforçado com fibra de vidro ( fibra de vidro ).

Estrutura microscópica

A estrutura amorfa da sílica vítrea (SiO 2 ) em duas dimensões. Nenhuma ordem de longo alcance está presente, embora haja uma ordem local com relação ao arranjo tetraédrico dos átomos de oxigênio (O) em torno dos átomos de silício (Si).
Microscopicamente, um único cristal possui átomos em um arranjo periódico quase perfeito ; um policristal é composto de muitos cristais microscópicos; e um sólido amorfo como o vidro não tem nenhum arranjo periódico, mesmo microscopicamente.

A definição padrão de um vidro (ou sólido vítreo) é um sólido formado por têmpera por fusão rápida . No entanto, o termo "vidro" é frequentemente definido em um sentido mais amplo, para descrever qualquer sólido não cristalino ( amorfo ) que exibe uma transição de vidro quando aquecido até o estado líquido.

O vidro é um sólido amorfo . Embora a estrutura em escala atômica do vidro compartilhe as características da estrutura de um líquido super - resfriado , o vidro exibe todas as propriedades mecânicas de um sólido. Como em outros sólidos amorfos , a estrutura atômica de um vidro carece da periodicidade de longo alcance observada em sólidos cristalinos . Devido às restrições de ligação química , os vidros possuem um alto grau de ordem de curto alcance em relação aos poliedros atômicos locais . A noção de que o vidro flui em uma extensão apreciável ao longo de longos períodos de tempo não é apoiada por pesquisas empíricas ou análises teóricas (ver viscosidade em sólidos ). As medições de laboratório do fluxo de vidro à temperatura ambiente mostram um movimento consistente com a viscosidade do material da ordem de 10 17 –10 18 Pa s.

Formação de um líquido super-resfriado

Problema não resolvido na física :

Qual é a natureza da transição entre um fluido ou sólido regular e uma fase vítrea? "O problema não resolvido mais profundo e interessante na teoria do estado sólido é provavelmente a teoria da natureza do vidro e da transição do vidro." - PW Anderson

Para a têmpera por fusão, se o resfriamento for suficientemente rápido (em relação ao tempo de cristalização característico ), então a cristalização é evitada e, em vez disso, a configuração atômica desordenada do líquido super - resfriado é congelada no estado sólido em T g . A tendência de um material formar um vidro enquanto temperado é chamada de capacidade de formação de vidro. Essa capacidade pode ser prevista pela teoria da rigidez . Geralmente, um vidro existe em um estado estruturalmente metaestável em relação à sua forma cristalina , embora em certas circunstâncias, por exemplo em polímeros atáticos , não haja um análogo cristalino da fase amorfa.

O vidro às vezes é considerado um líquido devido à falta de uma transição de fase de primeira ordem , onde certas variáveis termodinâmicas , como volume , entropia e entalpia, são descontínuas ao longo da faixa de transição do vidro. A transição vítrea pode ser descrita como análoga a uma transição de fase de segunda ordem, onde as variáveis ​​termodinâmicas intensivas, como a expansividade térmica e a capacidade de calor, são descontínuas, no entanto, isso é incorreto. A teoria de equilíbrio de transformações de fase não vale para o vidro e, portanto, a transição de vidro não pode ser classificada como uma das clássicas transformações de fase de equilíbrio em sólidos. Além disso, não descreve a dependência da temperatura da Tg sobre a taxa de aquecimento, como encontrada na calorimetria de varredura diferencial.

Ocorrência na natureza

O vidro pode se formar naturalmente a partir do magma vulcânico. Obsidiana é um vidro vulcânico comum com alto teor de sílica (SiO2) formado quando a lava félsica expulsa de um vulcão esfria rapidamente. Impactite é uma forma de vidro formada pelo impacto de um meteorito , onde a Moldavita (encontrada na Europa central e oriental) e o vidro do deserto da Líbia (encontrado em áreas no leste do Saara , nos desertos do leste da Líbia e no oeste do Egito ) são exemplos notáveis . A vitrificação do quartzo também pode ocorrer quando o raio atinge a areia , formando estruturas ocas e ramificadas em forma de raiz chamadas fulguritos . Trinitita é um resíduo vítreo formado a partir da areia do solo do deserto no local de teste da bomba nuclear Trinity . Propõe-se que o vidro Edeowie , encontrado no sul da Austrália , se origine de incêndios em pastagens do Pleistoceno , relâmpagos ou impacto de hipervelocidade por um ou vários asteróides ou cometas .

História

Taça gaiola romana do século 4 a.C.

O vidro de obsidiana de ocorrência natural foi usado pelas sociedades da Idade da Pedra, pois se quebra ao longo de arestas muito afiadas, tornando-o ideal para ferramentas de corte e armas. A fabricação de vidro data de pelo menos 6.000 anos, muito antes de os humanos descobrirem como fundir o ferro. Evidências arqueológicas sugerem que o primeiro vidro sintético verdadeiro foi feito no Líbano e no litoral norte da Síria , na Mesopotâmia ou no antigo Egito . Os primeiros objetos de vidro conhecidos, de meados do terceiro milênio aC, eram contas , talvez inicialmente criadas como subprodutos acidentais da usinagem ( escórias ) ou durante a produção de faiança , um material vítreo pré-vidro feito por um processo semelhante ao envidraçamento . O vidro antigo raramente era transparente e freqüentemente continha impurezas e imperfeições, e é tecnicamente faiança em vez de vidro verdadeiro, que não apareceu até o século 15 aC. No entanto, contas de vidro vermelho-laranja escavadas na Civilização do Vale do Indo datadas de antes de 1700 aC (possivelmente já em 1900 aC) são anteriores à produção sustentada de vidro, que apareceu por volta de 1600 na Mesopotâmia e 1500 no Egito. Durante a Idade do Bronze Final, houve um rápido crescimento na tecnologia de fabricação de vidro no Egito e na Ásia Ocidental . Os achados arqueológicos desse período incluem lingotes , vasos e contas de vidro colorido . Grande parte da produção de vidro inicial dependia de técnicas de polimento emprestadas do trabalho em pedra , como polir e entalhar vidro em estado frio.

O termo vidro foi desenvolvido no final do Império Romano . Foi no centro de fabricação de vidro romano em Trier (localizado na atual Alemanha), que o termo latim tardio glesum se originou, provavelmente de uma palavra germânica para uma substância transparente e lustrosa . Objetos de vidro foram recuperados em todo o Império Romano em contextos domésticos, funerários e industriais. Exemplos de vidro romano foram encontrados fora do antigo Império Romano na China , no Báltico , no Oriente Médio e na Índia . Os romanos aperfeiçoaram o vidro camafeu , produzido por gravura e entalhe em camadas fundidas de cores diferentes para produzir um desenho em relevo no objeto de vidro.

Janelas do coro da Basílica de Saint Denis , um dos primeiros usos de extensas áreas de vidro (arquitetura do início do século XIII com vidros restaurados do século XIX)

Na África Ocidental pós-clássica , Benin era um fabricante de vidro e contas de vidro. O vidro foi amplamente utilizado na Europa durante a Idade Média . Vidro anglo-saxão foi encontrado em toda a Inglaterra durante escavações arqueológicas em locais de assentamentos e cemitérios. A partir do século X, o vidro foi empregado em vitrais de igrejas e catedrais , com exemplos famosos na Catedral de Chartres e na Basílica de Saint Denis . No século 14, os arquitetos projetavam edifícios com paredes de vitrais , como Sainte-Chapelle , Paris (1203–1248) e a extremidade leste da Catedral de Gloucester . Com a mudança no estilo arquitetônico durante o período renascentista na Europa, o uso de grandes vitrais tornou-se muito menos prevalente, embora os vitrais tenham tido um grande renascimento com a arquitetura neogótica no século XIX.

Durante o século 13, a ilha de Murano , Veneza , tornou-se um centro de fabricação de vidro, com base em técnicas medievais para produzir peças ornamentais coloridas em grandes quantidades. Os fabricantes de vidro de Murano desenvolveram o vidro excepcionalmente claro e incolor cristallo , assim chamado por sua semelhança com o cristal natural, que foi amplamente utilizado para janelas, espelhos, lanternas de navios e lentes. Nos séculos 13, 14 e 15, o esmalte e o dourado em vasos de vidro foram aperfeiçoados no Egito e na Síria. No final do século XVII, a Boémia tornou-se uma importante região para a produção de vidro, permanecendo assim até ao início do século XX. No século 17, o vidro na tradição veneziana também era produzido na Inglaterra . Por volta de 1675, George Ravenscroft inventou o vidro de cristal de chumbo , com o vidro cortado se tornando moda no século XVIII. Os objetos de vidro ornamentais se tornaram um importante meio de arte durante o período Art Nouveau no final do século XIX.

Ao longo do século 20, novas técnicas de produção em massa levaram à ampla disponibilidade de vidro em quantidades muito maiores, tornando-o prático como material de construção e permitindo novas aplicações de vidro. Na década de 1920 foi desenvolvido um processo de moldagem , em que a arte era gravada diretamente no molde, de forma que cada peça fundida emergisse do molde com a imagem já na superfície do vidro. Isso reduziu os custos de fabricação e, combinado com um uso mais amplo de vidro colorido, resultou em um vidro barato na década de 1930, que mais tarde ficou conhecido como vidro de depressão . Na década de 1950, Pilkington Bros. , na Inglaterra , desenvolveu o processo de vidro float , produzindo folhas de vidro de alta qualidade sem distorção por flutuação em estanho fundido . Os edifícios modernos de vários andares são freqüentemente construídos com paredes de cortina feitas quase inteiramente de vidro. O vidro laminado tem sido amplamente aplicado em veículos para pára-brisas. O vidro óptico para óculos é utilizado desde a Idade Média. A produção de lentes tem se tornado cada vez mais proficiente, auxiliando os astrônomos e também tendo outras aplicações na medicina e na ciência. O vidro também é usado como tampa de abertura em muitos coletores de energia solar .

No século 21, os fabricantes de vidro desenvolveram diferentes marcas de vidro quimicamente reforçado para ampla aplicação em telas sensíveis ao toque para smartphones , tablets e muitos outros tipos de aparelhos de informação . Isso inclui o vidro Gorilla , desenvolvido e fabricado pela Corning , AGC Inc. 's Dragontrail e Schott AG 's Xensation.

Propriedades físicas

Ótico

O vidro é amplamente utilizado em sistemas óticos devido à sua capacidade de refratar, refletir e transmitir luz seguindo a ótica geométrica . As aplicações mais comuns e mais antigas do vidro em óptica são como lentes , janelas , espelhos e prismas . As principais propriedades ópticas do índice de refração , dispersão e transmissão do vidro são fortemente dependentes da composição química e, em menor grau, de sua história térmica. O vidro óptico normalmente tem um índice de refração de 1,4 a 2,4 e um número de Abbe (que caracteriza a dispersão) de 15 a 100. O índice de refração pode ser modificado por aditivos de alta densidade (aumento do índice de refração) ou baixa densidade (índice de refração diminui) .

A transparência do vidro resulta da ausência de contornos de grão que difundem a luz em materiais policristalinos. A semi-opacidade devido à cristalização pode ser induzida em muitos vidros, mantendo-os por um longo período a uma temperatura apenas insuficiente para causar a fusão. Dessa forma, é produzido o material cristalino desvitrificado, conhecido como porcelana de vidro de Réaumur . Embora geralmente transparentes para a luz visível, os vidros podem ser opacos para outros comprimentos de onda de luz . Enquanto os vidros de silicato são geralmente opacos para comprimentos de onda infravermelhos com um corte de transmissão de 4 μm, os vidros de fluoreto de metal pesado e calcogeneto são transparentes para comprimentos de onda infravermelhos de até 7 e até 18 μm, respectivamente. A adição de óxidos metálicos resulta em vidros de cores diferentes, pois os íons metálicos vão absorver comprimentos de onda de luz correspondentes a cores específicas.

De outros

No processo de fabricação, os vidros podem ser derramados, formados, extrudados e moldados em formas que variam de folhas planas a formas altamente complexas. O produto acabado é quebradiço e irá quebrar, a menos que seja laminado ou revenido para aumentar a durabilidade. O vidro é tipicamente inerte, resistente ao ataque químico e pode resistir principalmente à ação da água, o que o torna um material ideal para a fabricação de recipientes para alimentos e a maioria dos produtos químicos. No entanto, embora geralmente seja altamente resistente ao ataque químico, o vidro pode se corroer ou se dissolver em algumas condições. Os materiais que compõem uma determinada composição de vidro afetam a rapidez com que o vidro é corroído. Vidros contendo uma alta proporção de elementos alcalinos ou alcalino-terrosos são mais suscetíveis à corrosão do que outras composições de vidro.

A densidade do vidro varia com a composição química, com valores que variam de 2,2 gramas por centímetro cúbico (2.200 kg / m 3 ) para sílica fundida a 7,2 gramas por centímetro cúbico (7.200 kg / m 3 ) para vidro de sílex denso. O vidro é mais forte do que a maioria dos metais, com uma resistência à tração teórica para vidro puro e sem falhas estimada em 14 gigapascais (2.000.000 psi) a 35 gigapascais (5.100.000 psi) devido à sua capacidade de sofrer compressão reversível sem fratura. No entanto, a presença de arranhões, bolhas e outras falhas microscópicas levam a uma faixa típica de 14 megapascais (2.000 psi) a 175 megapascais (25.400 psi) na maioria dos vidros comerciais. Vários processos, como o endurecimento, podem aumentar a resistência do vidro. Fibras de vidro perfeitas cuidadosamente desenhadas podem ser produzidas com resistência de até 11,5 gigapascais (1.670.000 psi).

Fluxo de reputação

A observação de que as janelas antigas às vezes são mais espessas na parte inferior do que na parte superior é frequentemente oferecida como evidência de apoio para a visão de que o vidro flui ao longo de uma escala de tempo de séculos, supondo-se que o vidro exibiu a propriedade líquida de fluir de uma forma para outra. Essa suposição é incorreta, pois uma vez solidificado, o vidro para de fluir. As quedas e ondulações observadas no vidro velho já estavam lá no dia em que foi feito; os processos de fabricação usados ​​no passado produziam chapas com superfícies imperfeitas e espessuras não uniformes. (O vidro float quase perfeito usado hoje só se espalhou na década de 1960).

Tipos

Silicato

Areia de quartzo (sílica) é a principal matéria-prima na produção de vidro comercial

O dióxido de silício (SiO 2 ) é um constituinte fundamental comum do vidro. O quartzo fundido é um vidro feito de sílica quimicamente pura. Possui baixíssima expansão térmica e excelente resistência ao choque térmico , sendo capaz de sobreviver à imersão em água enquanto rubro, resiste a altas temperaturas (1000–1500 ° C) e intempéries químicas, e é muito difícil. Também é transparente para uma faixa espectral mais ampla do que o vidro comum, estendendo-se do visível para as faixas de UV e IV , e às vezes é usado onde a transparência para esses comprimentos de onda é necessária. O quartzo fundido é usado para aplicações de alta temperatura, como tubos de fornos, tubos de iluminação, cadinhos de fusão, etc. No entanto, sua alta temperatura de fusão (1723 ° C) e viscosidade tornam difícil o trabalho. Portanto, normalmente, outras substâncias (fluxos) são adicionadas para diminuir a temperatura de fusão e simplificar o processamento do vidro.

Cal sodada

O carbonato de sódio (Na 2 CO 3 , "soda") é um aditivo comum e atua na redução da temperatura de transição vítrea. No entanto, o silicato de sódio é solúvel em água , então cal (CaO, óxido de cálcio , geralmente obtido de calcário ), algum óxido de magnésio (MgO) e óxido de alumínio (Al 2 O 3 ) são outros componentes comuns adicionados para melhorar a durabilidade química. Os vidros de cal sodada (Na 2 O) + cal (CaO) + magnésia (MgO) + alumina (Al 2 O 3 ) representam mais de 75% do vidro manufaturado, contendo cerca de 70 a 74% de sílica em peso. O vidro de soda-cal-silicato é transparente, de fácil formação e mais adequado para vidros de janelas e utensílios de mesa. No entanto, ele tem uma alta expansão térmica e baixa resistência ao calor. O vidro de cal sodada é normalmente usado para janelas , garrafas , lâmpadas e potes .

Borosilicato

Vidros de borossilicato (por exemplo , Pyrex , Duran ) normalmente contêm 5–13% de trióxido de boro (B 2 O 3 ). Os vidros de borosilicato têm coeficientes de expansão térmica razoavelmente baixos (7740 Pyrex CTE é 3,25 × 10 - 6 / ° C em comparação com cerca de 9 × 10 - 6 / ° C para um vidro de cal sodada típico). Eles estão, portanto, menos sujeitos a tensões causadas pela expansão térmica e, portanto, menos vulneráveis ​​a rachaduras por choque térmico . Eles são comumente usados para, por exemplo material de laboratório , utensílios domésticos , e carro seladas lâmpadas cabeça .

Liderar

A adição de óxido de chumbo (II) ao vidro de silicato reduz o ponto de fusão e a viscosidade do fundido. A alta densidade do vidro de chumbo (sílica + óxido de chumbo (PbO) + óxido de potássio (K 2 O) + soda (Na 2 O) + óxido de zinco (ZnO) + alumina) resulta em uma alta densidade de elétrons e, portanto, alto índice de refração , tornando a aparência do vidro mais brilhante e causando visivelmente mais reflexão especular e maior dispersão óptica . O vidro de chumbo tem uma alta elasticidade, tornando a vidraria mais trabalhável e dando origem a um som de "toque" claro ao ser atingido. No entanto, o vidro de chumbo não pode resistir bem a altas temperaturas. O óxido de chumbo também facilita a solubilidade de outros óxidos de metal e é usado em vidros coloridos. A diminuição da viscosidade do fundido do vidro de chumbo é muito significativa (cerca de 100 vezes em comparação com o vidro de soda); isto permite uma remoção mais fácil das bolhas e trabalhar a temperaturas mais baixas, daí o seu uso frequente como aditivo em esmaltes vítreos e soldas de vidro . O alto raio iônico do íon Pb 2+ o torna altamente imóvel e impede o movimento de outros íons; vidros de chumbo, portanto, têm alta resistência elétrica, cerca de duas ordens de magnitude maior do que o vidro de cal sodada (10 8,5 vs 10 6,5  Ω⋅cm, DC a 250 ° C).

Aluminossilicato

O vidro de aluminossilicato normalmente contém 5-10% de alumina (Al 2 O 3 ). O vidro de aluminossilicato tende a ser mais difícil de fundir e moldar em comparação com as composições de borossilicato, mas tem excelente resistência térmica e durabilidade. O vidro de aluminossilicato é amplamente usado para fibra de vidro , usado para fazer plásticos reforçados com vidro (barcos, varas de pescar, etc.), utensílios de cozinha de fogão e vidro de lâmpada de halogênio.

Outros aditivos de óxido

A adição de bário também aumenta o índice de refração. O óxido de tório dá ao vidro um alto índice de refração e baixa dispersão e era usado anteriormente na produção de lentes de alta qualidade, mas devido à sua radioatividade foi substituído por óxido de lantânio nos óculos modernos. O ferro pode ser incorporado ao vidro para absorver a radiação infravermelha , por exemplo, em filtros de absorção de calor para projetores de cinema, enquanto o óxido de cério (IV) pode ser usado para o vidro que absorve comprimentos de onda ultravioleta . O flúor reduz a constante dielétrica do vidro. O flúor é altamente eletronegativo e diminui a polarizabilidade do material. Os vidros de silicato de flúor são usados ​​na fabricação de circuitos integrados como isolantes.

Vitrocerâmica

Um cooktop de vitrocerâmica de alta resistência com expansão térmica desprezível .

Os materiais vitrocerâmicos contêm fases de vidro não cristalino e cerâmica cristalina . Eles são formados por nucleação controlada e cristalização parcial de um vidro base por tratamento térmico. Os grãos cristalinos são frequentemente incorporados em uma fase intergranular não cristalina dos limites dos grãos . Cerâmicas de vidro exibem propriedades térmicas, químicas, biológicas e dielétricas vantajosas em comparação com metais ou polímeros orgânicos.

A propriedade comercialmente mais importante das vitrocerâmicas é a sua impermeabilidade ao choque térmico. Assim, a cerâmica de vidro tornou-se extremamente útil para cozinhar em bancadas e processos industriais. O coeficiente de expansão térmica negativo (CTE) da fase cerâmica cristalina pode ser balanceado com o CET positivo da fase vítrea. Em um certo ponto (~ 70% cristalino), a vitrocerâmica tem um CET líquido próximo de zero. Este tipo de vitrocerâmica exibe excelentes propriedades mecânicas e pode suportar mudanças de temperatura repetidas e rápidas de até 1000 ° C.

Fibra de vidro

A fibra de vidro (também chamada de plástico reforçado com fibra de vidro, GRP) é um material composto feito pelo reforço de uma resina plástica com fibras de vidro . É feito derretendo o vidro e esticando o vidro em fibras. Essas fibras são tecidas juntas em um pano e deixadas para solidificar em uma resina plástica. A fibra de vidro tem as propriedades de ser leve e resistente à corrosão, sendo um bom isolante permitindo seu uso como material de isolamento de construção e para caixas eletrônicas de produtos de consumo. A fibra de vidro foi originalmente usada no Reino Unido e nos Estados Unidos durante a Segunda Guerra Mundial para fabricar radomes . Os usos da fibra de vidro incluem materiais de construção, cascos de barcos, peças de carrocerias de automóveis e materiais compostos aeroespaciais.

Lã de fibra de vidro é uma excelente térmica e som material de isolamento, geralmente utilizado em edifícios (por exemplo sótão e das paredes da cavidade de isolamento ), e canalizações (por exemplo, tubo de isolamento ), e isolamento acústico . É produzido forçando o vidro fundido através de uma malha fina pela força centrípeta e quebrando as fibras de vidro extrudadas em comprimentos curtos usando um fluxo de ar de alta velocidade. As fibras são unidas com um spray adesivo e a esteira de lã resultante é cortada e embalada em rolos ou painéis.

Não silicato

Um CD-RW (CD). O vidro de calcogeneto é a base da tecnologia de memória de estado sólido regravável de CD e DVD.

Além dos vidros comuns à base de sílica, muitos outros materiais inorgânicos e orgânicos também podem formar vidros, incluindo metais , aluminatos , fosfatos , boratos , calcogenetos , fluoretos , germanatos (vidros baseados em GeO 2 ), teluritos (vidros baseados em TeO 2 ), antimonatos ( vidros baseados em Sb 2 O 3 ), arsenatos (vidros baseados em As 2 O 3 ), titanatos (vidros baseados em TiO 2 ), tantalatos (vidros baseados em Ta 2 O 5 ), nitratos , carbonatos , plásticos , acrílicos e muitos outras substâncias. Alguns desses vidros (por exemplo, dióxido de germânio (GeO 2 , Germânia), em muitos aspectos um análogo estrutural de vidros de sílica, fluoreto , aluminato , fosfato , borato e calcogeneto ) têm propriedades físico-químicas úteis para sua aplicação em guias de onda de fibra óptica em redes de comunicação e outras aplicações tecnológicas especializadas.

Os vidros sem sílica podem frequentemente ter tendências pobres de formação de vidro. Novas técnicas, incluindo processamento sem recipiente por levitação aerodinâmica (resfriamento do fundido enquanto ele flutua em uma corrente de gás) ou resfriamento de respingos (pressionando o fundido entre duas bigornas de metal ou rolos), podem ser usadas para aumentar a taxa de resfriamento ou reduzir os gatilhos de nucleação de cristal.

Metais amorfos

Amostras de metal amorfo, com escala milimétrica

No passado, pequenos lotes de metais amorfos com configurações de alta área de superfície (fitas, fios, filmes, etc.) eram produzidos por meio da implementação de taxas de resfriamento extremamente rápidas. Fios de metal amorfo foram produzidos pela pulverização de metal fundido em um disco de metal giratório. Mais recentemente, várias ligas foram produzidas em camadas com espessura superior a 1 milímetro. São conhecidos como vidros metálicos em massa (BMG). A Liquidmetal Technologies vende diversos BMGs à base de zircônio. Também foram produzidos lotes de aço amorfo que demonstram propriedades mecânicas muito superiores às encontradas em ligas de aço convencionais.

Evidências experimentais indicam que o sistema Al-Fe-Si pode sofrer uma transição de primeira ordem para uma forma amorfa (apelidada de "q-glass") no resfriamento rápido do fundido. As imagens de microscopia eletrônica de transmissão (TEM) indicam que o vidro q se nucleados do fundido como partículas discretas com um crescimento esférico uniforme em todas as direções. Enquanto a difração de raios-X revela a natureza isotrópica do vidro-q, existe uma barreira de nucleação que implica uma descontinuidade interfacial (ou superfície interna) entre as fases de vidro e fusão.

Polímeros

Vidros de polímero importantes incluem compostos farmacêuticos amorfos e vítreos. Estes são úteis porque a solubilidade do composto é grandemente aumentada quando é amorfo em comparação com a mesma composição cristalina. Muitos produtos farmacêuticos emergentes são praticamente insolúveis em suas formas cristalinas. Muitos termoplásticos de polímero conhecidos do uso diário são vidros. Para muitas aplicações, como garrafas de vidro ou óculos , vidros de polímero ( vidro acrílico , policarbonato ou tereftalato de polietileno ) são uma alternativa mais leve ao vidro tradicional.

Líquidos moleculares e sais fundidos

Líquidos moleculares, eletrólitos , sais fundidos e soluções aquosas são misturas de diferentes moléculas ou íons que não formam uma rede covalente, mas interagem apenas por meio de forças fracas de van der Waals ou por meio de ligações de hidrogênio transitórias . Em uma mistura de três ou mais espécies iônicas de tamanho e forma diferentes, a cristalização pode ser tão difícil que o líquido pode ser facilmente super-resfriado em um vidro. Os exemplos incluem LiCl: R H 2 O (uma solução de sal de cloreto de lítio e moléculas de água) na faixa de composição 4 < R <8. vidro de açúcar , ou Ca 0,4 K 0,6 (NO 3 ) 1.4 . Eletrólitos de vidro na forma de vidro de lítio dopado com ba e vidro de Na dopado com ba têm sido propostos como soluções para problemas identificados com eletrólitos líquidos orgânicos usados ​​em células de baterias de íon-lítio modernas.

Produção

Descarga de vidro float robotizado

Após a preparação e mistura do lote de vidro , as matérias-primas são transportadas para o forno. O vidro de cal para produção em massa é derretido em unidades a gás . Fornos de menor escala para vidros especiais incluem fundidores elétricos, fornos de panela e tanques diurnos. Após a fusão, homogeneização e refino (remoção das bolhas), o vidro é formado . O vidro plano para janelas e aplicações semelhantes é formado pelo processo de vidro float , desenvolvido entre 1953 e 1957 por Sir Alastair Pilkington e Kenneth Bickerstaff dos irmãos Pilkington do Reino Unido, que criaram uma fita contínua de vidro usando um banho de estanho fundido no qual o vidro fundido flui sem obstáculos sob a influência da gravidade. A superfície superior do vidro é submetida a nitrogênio sob pressão para obter um acabamento polido. O vidro do recipiente para garrafas e potes comuns é formado por métodos de sopro e prensagem . Este vidro é frequentemente ligeiramente modificado quimicamente (com mais alumina e óxido de cálcio) para maior resistência à água.

Sopro de vidro

Uma vez obtida a forma desejada, o vidro é geralmente recozido para a remoção de tensões e para aumentar a dureza e durabilidade do vidro. Tratamentos de superfície, revestimentos ou laminação podem seguir para melhorar a durabilidade química ( revestimentos de recipientes de vidro , tratamento interno do recipiente de vidro ), resistência ( vidro temperado , vidro à prova de balas , pára-brisas ) ou propriedades ópticas ( vidros isolados , revestimento anti-reflexo ).

Novas composições químicas de vidro ou novas técnicas de tratamento podem ser investigadas inicialmente em experimentos de laboratório de pequena escala. As matérias-primas para fundidos de vidro em escala de laboratório são frequentemente diferentes daquelas usadas na produção em massa porque o fator de custo tem baixa prioridade. No laboratório, são usados principalmente produtos químicos puros . Deve-se tomar cuidado para que as matérias-primas não tenham reagido com umidade ou outros produtos químicos no ambiente (como óxidos e hidróxidos de metais alcalinos ou alcalino-terrosos ou óxido de boro ) ou que as impurezas sejam quantificadas (perda por ignição). As perdas por evaporação durante a fusão do vidro devem ser consideradas durante a seleção das matérias-primas, por exemplo, selenito de sódio pode ser preferido em vez de dióxido de selênio (SeO 2 ) de evaporação fácil . Além disso, as matérias-primas que reagem mais prontamente podem ser preferidas em relação às relativamente inertes , como hidróxido de alumínio (Al (OH) 3 ) em vez de alumina (Al 2 O 3 ). Normalmente, os fundidos são realizados em cadinhos de platina para reduzir a contaminação do material do cadinho. A homogeneidade do vidro é obtida pela homogeneização da mistura de matérias-primas ( lote de vidro ), pela agitação do fundido e pela trituração e fusão do primeiro fundido. O vidro obtido é geralmente recozido para evitar quebras durante o processamento.

Cor

A cor no vidro pode ser obtida pela adição de íons carregados eletricamente (ou centros de cor ) homogeneamente distribuídos . Enquanto o vidro de cal sodada comum parece incolor nas seções delgadas, as impurezas de óxido de ferro (II) (FeO) produzem uma tonalidade verde nas seções espessas. Dióxido de manganês (MnO 2 ), que dá ao vidro uma cor roxa, pode ser adicionado para remover a tonalidade verde dada pelo FeO. Aditivos FeO e óxido de cromo (III) (Cr 2 O 3 ) são usados ​​na produção de garrafas verdes. O óxido de ferro (III) , por outro lado, produz vidro amarelo ou marrom-amarelado. Baixas concentrações (0,025 a 0,1%) de óxido de cobalto (CoO) produzem um vidro de cobalto azul profundo e rico . O cromo é um agente de coloração muito poderoso, resultando em verde escuro. O enxofre combinado com sais de carbono e ferro produz um vidro âmbar que varia de amarelado a quase preto. Um fundido de vidro também pode adquirir uma cor âmbar de uma atmosfera de combustão redutora. O sulfeto de cádmio produz vermelho imperial e combinado com selênio pode produzir tons de amarelo, laranja e vermelho. O aditivo óxido de cobre (II) (CuO) produz uma cor turquesa no vidro, em contraste com o óxido de cobre (I) (Cu 2 O) que dá uma cor marrom-avermelhada opaca.

Usos

O arranha-céu de vidro Shard , em Londres .

Arquitetura e janelas

A folha de vidro de cal sodada é normalmente usada como material de envidraçamento transparente , normalmente como janelas em paredes externas de edifícios. Produtos de vidro flutuante ou laminado são cortados no tamanho, marcando e quebrando o material, corte a laser , jatos de água ou serra com lâmina de diamante . O vidro pode ser temperado termicamente ou quimicamente (reforçado) para segurança e dobrado ou curvado durante o aquecimento. Os revestimentos de superfície podem ser adicionados para funções específicas, como resistência a arranhões, bloqueio de comprimentos de onda específicos de luz (por exemplo, infravermelho ou ultravioleta ), repelência de sujeira (por exemplo , vidro autolimpante ) ou revestimentos eletrocrômicos comutáveis .

Os sistemas de envidraçamento estrutural representam uma das inovações arquitetônicas mais significativas dos tempos modernos, onde os edifícios de vidro agora geralmente dominam os horizontes de muitas cidades modernas . Esses sistemas usam acessórios de aço inoxidável rebaixados em reentrâncias nos cantos dos painéis de vidro, permitindo que os painéis reforçados pareçam sem suporte, criando um exterior nivelado. Os sistemas de envidraçamento estrutural têm suas raízes em conservatórios de ferro e vidro do século XIX

Talheres

O vidro é um componente essencial da louça de mesa e é normalmente usado para copos de água, cerveja e vinho . Copos de vinho são tipicamente taças , ou seja, taças formadas de uma tigela, haste e pé. Cristal ou cristal de chumbo podem ser cortados e polidos para produzir copos decorativos com facetas brilhantes. Outros usos do vidro em talheres incluem decantadores , jarros , pratos e tigelas .

Embalagem

A natureza inerte e impermeável do vidro o torna um material estável e amplamente utilizado para embalagens de alimentos e bebidas, como garrafas e potes de vidro . A maioria dos recipientes de vidro é vidro sodado , produzido por técnicas de sopro e prensagem . O vidro do recipiente tem menor teor de óxido de magnésio e óxido de sódio do que o vidro plano e maior teor de sílica , óxido de cálcio e óxido de alumínio . Seu maior teor de óxidos insolúveis em água confere durabilidade química ligeiramente maior contra a água, o que é vantajoso para o armazenamento de bebidas e alimentos. A embalagem de vidro é sustentável, facilmente reciclável, reutilizável e recarregável.

Para aplicações eletrônicas, o vidro pode ser usado como um substrato na fabricação de dispositivos passivos integrados , ressonadores acústicos em massa de filme fino e como um material de vedação hermético em embalagens de dispositivos, incluindo encapsulamento muito fino exclusivamente baseado em vidro de circuitos integrados e outros semicondutores em altos volumes de fabricação.

Laboratories

O vidro é um material importante em laboratórios científicos para a fabricação de aparelhos experimentais porque é relativamente barato, prontamente formado nas formas exigidas para o experimento, fácil de manter limpo, pode suportar tratamento térmico e frio, é geralmente não reativo com muitos reagentes , e sua transparência permite a observação de reações e processos químicos. As aplicações de vidraria de laboratório incluem frascos , placas de Petri , tubos de ensaio , pipetas , cilindros graduados , recipientes metálicos revestidos de vidro para processamento químico, colunas de fracionamento , tubos de vidro, linhas Schlenk , medidores e termômetros . Embora a maioria dos utensílios de vidro de laboratório padrão tenham sido produzidos em massa desde a década de 1920, os cientistas ainda empregam sopradores de vidro habilidosos para fabricar aparelhos de vidro sob medida para seus requisitos experimentais.

Óptica

O vidro é um material onipresente em óptica em virtude de sua capacidade de refratar , refletir e transmitir luz. Estas e outras propriedades ópticas podem ser controladas por diferentes composições químicas, tratamento térmico e técnicas de fabricação. As muitas aplicações do vidro em ótica incluem óculos para correção de visão, ótica de imagem (por exemplo, lentes e espelhos em telescópios , microscópios e câmeras ), fibra ótica em tecnologia de telecomunicações e ótica integrada . Microlentes e ótica de índice gradiente (onde o índice de refração não é uniforme) encontram aplicação, por exemplo, na leitura de discos óticos , impressoras a laser , fotocopiadoras e diodos laser .

Arte

Parte do painel de vitral alemão de 1444 com a Visitação ; Pote de vidro colorido de metal de várias cores, incluindo vidro branco, tinta vítrea preta, mancha prateada amarela e as partes "verde-oliva" são esmaltadas. Os padrões de plantas no céu vermelho são formados ao riscar a tinta preta do vidro vermelho antes de disparar. Um painel restaurado com novos cames de chumbo.

O vidro como arte data de pelo menos 1300 aC mostrado como um exemplo de vidro natural encontrado no peitoral de Tutancâmon, que também continha esmalte vítreo , ou seja, vidro colorido derretido usado em um suporte de metal. O vidro esmaltado , a decoração de vasos de vidro com tintas de vidro coloridas, existe desde 1300 aC e se destacou no início do século 20 com o vidro Art Nouveau e com o da Casa de Fabergé em São Petersburgo, na Rússia. Ambas as técnicas foram utilizadas em vitrais , que atingiram seu auge aproximadamente entre 1000 e 1550, antes de um renascimento no século XIX.

O século 19 viu um renascimento nas antigas técnicas de fabricação de vidro , incluindo camafeu , obtido pela primeira vez desde o Império Romano, inicialmente principalmente para peças em estilo neoclássico . O movimento Art Nouveau fez grande uso do vidro, com René Lalique , Émile Gallé e Daum de Nancy na primeira onda francesa do movimento, produzindo vasos coloridos e peças semelhantes, muitas vezes em vidro camafeu ou em técnicas de vidro lustroso .

Louis Comfort Tiffany na América especializou-se em vitrais , tanto seculares como religiosos, em painéis e suas famosas lâmpadas. O início do século 20 viu a produção em grande escala de arte em vidro por firmas como Waterford e Lalique . Pequenos estúdios podem produzir obras de arte em vidro à mão. As técnicas de produção de arte em vidro incluem sopro , fundição em forno, fusão, queda, pâte de verre , trabalho com chama, escultura a quente e trabalho a frio. O trabalho a frio inclui o trabalho com vitrais tradicionais e outros métodos de moldar o vidro à temperatura ambiente. Objetos feitos de vidro incluem vasos, pesos de papel , mármores , contas , esculturas e arte de instalação .

Veja também

Referências

links externos