Vitrificação - Vitrification
A vitrificação (do latim vitreum , "vidro" via vitrificador francês ) é a transformação de uma substância em um vidro , ou seja, um sólido amorfo não cristalino . Os vidros diferem dos líquidos estruturalmente e os vidros possuem maior grau de conectividade com a mesma dimensionalidade de Hausdorff das ligações dos cristais: dimH = 3. Na produção de cerâmicas , a vitrificação é responsável por sua impermeabilidade à água .
A vitrificação é geralmente obtida aquecendo os materiais até que eles se liquidem e, em seguida, resfriando o líquido, muitas vezes rapidamente, de modo que passe pela transição vítrea para formar um sólido vítreo. Certas reações químicas também resultam em vidros.
Em termos de química , a vitrificação é característica de materiais amorfos ou sistemas desordenados e ocorre quando a ligação entre partículas elementares ( átomos , moléculas , blocos formadores) torna-se superior a um determinado valor limite. As flutuações térmicas quebram as ligações; portanto, quanto menor a temperatura , maior o grau de conectividade. Por causa disso, os materiais amorfos têm uma temperatura limite característica denominada temperatura de transição vítrea ( T g ): abaixo de T g os materiais amorfos são vítreos, enquanto acima de T g eles são fundidos.
As aplicações mais comuns são na fabricação de cerâmica , vidro e alguns tipos de alimentos, mas existem muitos outros, como a vitrificação de um líquido semelhante ao anticongelante na criopreservação .
Em um sentido diferente da palavra, a incorporação de material dentro de uma matriz vítrea também é chamada de vitrificação . Uma aplicação importante é a vitrificação de rejeitos radioativos para obter uma substância que seja mais segura e estável para descarte.
Durante a erupção do Monte Vesúvio em 79 dC, o cérebro de uma vítima foi vitrificado pelo calor extremo das cinzas vulcânicas .
Cerâmica
A vitrificação é a fusão parcial progressiva de uma argila , ou de um corpo, como resultado de um processo de queima . À medida que a vitrificação prossegue, a proporção de ligação vítrea aumenta e a porosidade aparente do produto queimado torna-se progressivamente menor. Os corpos vítreos têm porosidade aberta e podem ser opacos ou translúcidos . Neste contexto, "porosidade zero" pode ser definida como menos de 1% de absorção de água. No entanto, vários procedimentos padrão definem as condições de absorção de água. Um exemplo é o da ASTM , que declara "O termo vítreo geralmente significa menos de 0,5% de absorção, exceto para piso e azulejos e isoladores elétricos de baixa tensão , que são considerados vítreos com até 3% de absorção de água."
A cerâmica pode ser tornada impermeável à água por vitrificação ou vitrificação. Porcelana , porcelana óssea e louças sanitárias são exemplos de cerâmica vitrificada e são impermeáveis mesmo sem esmalte. O grés pode ser vitrificado ou semivitrificado; o último tipo não seria impermeável sem esmalte.
Formulários
Quando a sacarose é resfriada lentamente, resulta em açúcar cristal (ou doce de rocha ), mas quando resfriada rapidamente pode formar algodão doce xaroposo ( algodão doce ).
A vitrificação também pode ocorrer em um líquido como a água, geralmente por meio de um resfriamento muito rápido ou da introdução de agentes que suprimem a formação de cristais de gelo . Isso contrasta com o congelamento comum, que resulta na formação de cristais de gelo. A vitrificação é usada em microscopia crioeletrônica para resfriar amostras tão rapidamente que podem ser visualizadas com um microscópio eletrônico sem danos. Em 2017, o Prêmio Nobel da Química foi concedido pelo desenvolvimento dessa tecnologia, que pode ser usada para a imagem de objetos como proteínas ou partículas de vírus.
O vidro de cal sodada comum , usado em janelas e recipientes de bebida, é criado pela adição de carbonato de sódio e cal ( óxido de cálcio ) ao dióxido de silício . Sem esses aditivos, o dióxido de silício exigirá uma temperatura muito alta para obter uma fusão e, subsequentemente (com resfriamento lento), um vidro.
A vitrificação é usada no descarte e armazenamento de longo prazo de resíduos nucleares ou outros resíduos perigosos em um método chamado geomelting . Os resíduos são misturados com produtos químicos formadores de vidro em um forno para formar o vidro fundido que então se solidifica em latas, imobilizando assim os resíduos. A forma final de resíduo se assemelha a obsidiana e é um material durável e não lixiviante que efetivamente retém o resíduo em seu interior. É amplamente assumido que tais resíduos podem ser armazenados por períodos relativamente longos desta forma, sem preocupação com a contaminação do ar ou do lençol freático . A vitrificação em massa usa eletrodos para derreter o solo e resíduos onde estão enterrados. Os resíduos endurecidos podem então ser desenterrados com menos risco de contaminação generalizada. De acordo com o Pacific Northwest National Labs , "a vitrificação bloqueia materiais perigosos em uma forma de vidro estável que durará milhares de anos."
Vitrificação em criopreservação
A vitrificação na criopreservação é usada para preservar, por exemplo, óvulos humanos ( oócitos ) (na criopreservação de oócitos ) e embriões (na criopreservação de embriões ).
Atualmente, as técnicas de vitrificação só foram aplicadas aos cérebros ( neurovitrificação ) pela Alcor e à parte superior do corpo pelo Cryonics Institute , mas as pesquisas estão em andamento por ambas as organizações para aplicar a vitrificação em todo o corpo.
Muitas plantas lenhosas que vivem em regiões polares naturalmente vitrificam suas células para sobreviver ao frio. Alguns podem sobreviver à imersão em nitrogênio líquido e hélio líquido .
Os aditivos usados em criobiologia ou produzidos naturalmente por organismos que vivem em regiões polares são chamados de crioprotetores .
Veja também
Literatura
- Steven Ashle (junho de 2002). "Divide and Vitrify" (PDF) . Scientific American . 286 (6): 17–19. Bibcode : 2002SciAm.286f..17A . doi : 10.1038 / scientificamerican0602-17 . Recuperado em 10 de maio de 2015 .
- Stefan Lovgren, "Corpses Frozen for Future Rebirth by Arizona Company" , março de 2005, National Geographic