Materiais Cerâmicos e Carbono

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Resumo IIII
 Materiais Cerâmicos e o Carbono
Os materiais cerâmicos são inorgânicos e não metálicos, compostos por elementos metálicos e não metálicos ligados por ligações iônicas ou covalentes. O termo “cerâmica”, derivado do grego keramikos (“matéria-prima queimada”), refere-se a materiais cujas propriedades são obtidas por aquecimento a altas temperaturas.
Historicamente, as cerâmicas tradicionais (argilas, louças, porcelanas, tijolos, telhas e vidros) dominaram o uso. Entretanto, nas últimas décadas, o avanço da ciência dos materiais resultou no desenvolvimento das cerâmicas avançadas, com aplicações em indústrias eletrônicas, aeroespaciais, químicas e de comunicações, devido às suas propriedades estruturais, térmicas e elétricas superiores.
Estruturas Cerâmicas
As cerâmicas são geralmente compostas por dois ou mais elementos, formando estruturas cristalinas complexas. O tipo de ligação — iônica ou covalente — depende das eletronegatividades envolvidas.
Cerâmicas à base de Silicato
Os silicatos são os compostos mais abundantes na crosta terrestre, formados principalmente por silício e oxigênio. Sua unidade básica é o tetraedro SiO₄⁴⁻, no qual um átomo de silício está ligado a quatro de oxigênio. Esses tetraedros podem se combinar em estruturas unidimensionais, bidimensionais ou tridimensionais, originando diferentes tipos de minerais e materiais cerâmicos.
Sílica (SiO₂)
A sílica é o silicato mais simples, composta por uma rede tridimensional de tetraedros interligados. Suas principais formas cristalinas polimórficas são o quartzo, a tridimita e a cristobalita, caracterizadas por baixa densidade e estruturas abertas. Quando resfriada rapidamente sem cristalizar, a sílica forma vidros vítreos, como a sílica fundida, que apresenta desordem atômica e propriedades amorfas.
Vidros à Base de Sílica
Os vidros comuns (janelas, garrafas, utensílios) são formados pela adição de óxidos modificadores (como Na₂O e CaO) à sílica pura, reduzindo seu ponto de fusão e viscosidade.
Há também óxidos intermediários, como Al₂O₃ e TiO₂, que substituem parcialmente o silício e estabilizam a rede.
Esses aditivos determinam a transparência, resistência térmica e facilidade de moldagem dos vidros industriais.
Tipos de Silicatos
Os silicatos podem ser classificados conforme o arranjo de seus tetraedros:
Simples: tetraedros isolados, ligados por íons metálicos.
Em camadas: estruturas bidimensionais obtidas pelo compartilhamento de três oxigênios por tetraedro, formando lâminas.
Cátions como Ca²⁺, Mg²⁺ e Al³⁺ mantêm a neutralidade elétrica e reforçam a estrutura cristalina.
Carbono e Suas Formas Polimórficas
O carbono apresenta várias formas polimórficas e amorfas, não se enquadrando totalmente como metal, cerâmica ou polímero. Suas principais formas estruturais são o diamante, a grafita e os fullerenos, cada uma com propriedades singulares.
Diamante
O diamante é um polimorfo metaestável do carbono, com estrutura cúbica covalente semelhante à da blenda de zinco. Cada átomo liga-se a quatro outros, originando uma rede tridimensional extremamente rígida.
Suas propriedades incluem extrema dureza, alta condutividade térmica, isolamento elétrico e transparência óptica.
Industrialmente, é usado para corte, perfuração e polimento, além de revestimentos em ferramentas e dispositivos eletrônicos. Também existem diamantes sintéticos, criados artificialmente desde a década de 1950.
Grafita
A grafita é um polimorfo estável do carbono à temperatura ambiente, formada por camadas hexagonais de átomos de carbono ligados covalentemente dentro das lâminas e fracamente ligados entre elas por forças de van der Waals.
Essa estrutura confere lubrificidade, condutividade elétrica e resistência térmica.
É amplamente usada em eletrodos, cadinhos, fornos elétricos, bocais de foguetes, baterias e resistores.
A grafita também apresenta alta estabilidade química, baixo coeficiente de dilatação e boa resistência a choques térmicos.
Fullerenos
Os fullerenos, descobertos em 1985, representam uma nova forma de carbono composta por moléculas esféricas (C₆₀) com átomos organizados em hexágonos e pentágonos, semelhantes a uma bola de futebol.
Cada molécula é conhecida como buckminsterfullereno ou “buckyball”, em homenagem a Buckminster Fuller.
No estado sólido, os fullerenos se organizam em estruturas cúbicas de faces centradas e, com a adição de impurezas, podem tornar-se condutores ou semicondutores.
Recentemente, surgiram variações estruturais como nanotubos e nanoestruturas poliédricas, com grande potencial em tecnologia de materiais, eletrônica e nanotecnologia.