iNTRODUÇÃO- vidro

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Química Bacharelado
Segundo semestre de 2019
Prof. Fábio Luiz Pissetti
UNIFAL-MG
Química de Materiais
Vidros
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• Vidros naturais
• Podem ser formados quando alguns tipos de rochas são fundidas a
elevadas temperaturas e, em seguida, solidificadas rapidamente.
• Tal situação pode, por exemplo, ocorrer nas erupções vulcânicas.
• Permitiram confeccionar ferramentas de corte para uso doméstico e para
defesa.
• Alcançaram alto valor ao longo da história, a ponto dos egípcios os
considerarem como material precioso.
Caderno Temático No2 - Novos Materiais; Química nova na escola; Edição especial – Fevereiro 2001
Vidros
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• Importantes inovações na arte vidreira antiga
Caderno Temático No2 - Novos Materiais; Química nova na escola; Edição especial – Fevereiro 2001
Vidros
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Vidros
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Definição
• Vidro é um produto inorgânico fundido, baseado principalmente em sílica, o
qual foi resfriado para uma condição rígida sem cristalização, formando uma
rede tridimensional estendida aleatória, isto é, com ausência de simetria e
periodicidade
• A sílica é um componente necessário para a formação de um vidro?
• Vidros são obtidos somente a partir de compostos inorgânicos?
• A fusão dos componentes é necessária para a formação de um vidro?
Caderno Temático No2 - Novos Materiais; Química nova na escola; Edição especial – Fevereiro 2001
Vidros
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Definição
Caderno Temático No2 - Novos Materiais; Química nova na escola; Edição especial – Fevereiro 2001
Vidros
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Definição
Caderno Temático No2 - Novos Materiais; Química nova na escola; Edição especial – Fevereiro 2001
Vidros
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Definição
SiO2 cristalino (quartzo) SiO2 amorfo (vidro de sílica)
Vidros
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Formação de vidro – fusão e resfriamento
• Este método envolve a fusão de uma mistura dos materiais de partida, em 
geral a altas temperaturas, seguida do resfriamento rápido do fundido. 
• Quando as matérias-primas de um vidro se encontram fundidas, suas 
estruturas guardam grandes semelhanças com aquelas de um líquido. 
• À medida em que ocorre o resfriamento, o arranjo estrutural interno do 
material fundido pode trilhar diferentes caminhos, de acordo com a taxa de 
resfriamento utilizada. 
Vidros
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• Taxa de resfriamento lenta produz 
uma transição vítrea em Tga
• Taxa de resfriamento mais rápida 
conduz a uma transição vítrea em Tgb
• Formação do vidro altamente 
dependente da velocidade de 
resfriamento
• As2S3 : taxa resfriamento crítica de 
~3.10-4 K/s-1 (1 K/hora)
• Liga Fe80B20 : taxa resfriamento crítica 
de ~106 K/s-1 
Figura adaptada de: Pablo G. Debenedetti and Frank H. Stillinger; Nature 410, 259-267(2001)
Resfriamento
Vidros
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Formação - Teorias estruturais
• Regras de Zachariasen
1. Nenhum átomo de Oxigênio pode estar ligado a mais de dois 
átomos
2. O número de coordenação do cátion deve ser pequeno (2, 3 ou 4)
3. Os poliedros devem compartilhar apenas vértices (consequência da 
primeira regra)
4. Para formar uma rede 3D ao menos três vértices devem ser 
compartilhados.
Vidros
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Formação - Teorias estruturais
Zachariasen - Aplicando a Regra
Vidros
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Formação - Teorias estruturais
Zachariasen - Aplicando a Regra
• Estruturas Passíveis de Formar Vidros (válido para vidros óxidos)
Vidros
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Formação - Teorias estruturais
• Teoria de Sun
• Baseada na energia de ligação entre os átomos constituintes dos 
óxidos nos vidros. 
• Altas energias de ionização levam a uma maior dificuldade na quebra 
e ruptura de ligações para a formação de cristais
• Altas energias de ligação resultam em líquidos mais viscosos e por isto 
melhor formadores de materiais vítreos.
Vidros
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Formação - Teorias estruturais
• Teoria de Sun
Formadores
Fundentes
Modificadores
Fundente
Íons formadores de vidro
Íon óxido em ponte
Óxido terminal
Vidros
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Formação - Teorias estruturais
Fundentes:
Estes aditivos não formam vidros por si só
Os cátions de metais alcalinos preenchem 
os vazios da estrutura dos silicatos 
Vidros
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Formação - Teorias estruturais
Modificadores
• Não formam vidros a partir deles mesmos, mas formam quando combinados 
com outros.
• Este é o caso da alumina que não pode formar vidros, mas quando se adiciona 
na forma de aluminossilicatos e fosfatos de aluminossilicatos formam vidros.
• O Alumínio pode substituir o silício na estrutura primária dos silicatos retirando 
os pares de elétrons não-ligantes e formando ligações entre cadeias paralelas
• Os modelos estruturais não se 
aplicam a todas as famílias de vidros
• Não existe um modelo universal 
para explicar a formação vítrea.
Vidros
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Óxidos: B2O3, SiO2, GeO2, P2O5, As2O3, Sb2O3, In2O3, Tl2O3, SnO2, 
PbO2, SeO2, TeO2, Bi2O3, Al2O3, V2O5
Sulfetos: As2S3, Sb2S3
Selenetos: vários compostos de Tl, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Si, Bi
Teluretos: vários compostos de Tl, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Ge
Haletos: BeF2, AlF3, Ag(Cl, Br, I), Pb(F, Cl, Br, I)…
Nitratos: KNO3-Ca(NO3)2 e outros sistemas binários
Sulfatos: KHSO4
Carbonatos: K2CO3-MgCO3
Ligas metalicas: Au4Si, Pd4Si, Ag…
Compostos Orgânicos: Polietileno, tolueno, éter dietilico…
Vidros
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Diagrama Vítreo
Journal of Solid State Chemistry; Volume 199, March 2013, Pages 264–270
Vidros
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Produção 
http://www.vidrosvillage.com.br/ovidro_processo.htm
https://www.youtube.com/watch?v=CCuR_KWjgUk
Vidros
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Formação – Sol-Gel
Precursores moleculares são convertidos em partículas de tamanho nanométrico, de modo a
formar uma suspensão coloidal ou sol. A condensação do sol produz uma rede
de gel. O gel pode ser processado através de vários métodos de secagem (mostrado pelas setas)
para o desenvolvimento de materiais com propriedades diferentes.
https://www.llnl.gov/str/May05/Satcher.html
Vidros
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Formação – deposição química a vapor
Processo de deposição química por plasma
Esquema de recobrimento utilizando 
deposição química a vapor
Vidros
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Aplicações – Vidros eletrocrômicos
Vidros
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Aplicações – Vidros eletrocrômicos
Bradley D. Fahlman, Materials Chemistry, Second Edition, Springer Science Business Media B.V. 2011
Vitrocerâmicas
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Materiais compositos (matriz vitrea contendo cristais)
Facilidade de sintese e fabricaçao sob diferentes tipos de forma
Propridades 
opticas dos vidros
E
Materiais para fotônica:
- Optica nao-linear
- Luminescência
Propriedades 
termomecânicas dos cristais 
E
Material com comportamento 
termomecânico melhorado
Vitrocerâmicas
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Propriedade-chave destas vitrocerâmicas: baixo coeficiente de dilatação térmica na 
região de temperatura de utilização.
Coeficiente de dilataçao (expansao) térmica: 
variaçao de volume em funçao da temperatura→ α (K-1)
Dilataçao térmico
Difusao térmica (conduçao térmica)
Resistência aos choques 
térmicos
Vitrocerâmicas
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Três técnicas para obter uma vitrocerâmica termicamente:
T1 T2T
• Tecnicas em 2 etapas : 2 patamares
– Nucleaçao (T1)
– Crescimento (T2)
• Tecnica em 1 étapa : 1 patamar isotermo à Tg < T < Tx
• Tecnica sem patamar
– rampa de temperatura (1°C/min) até uma temperatura 
determinada
Nucleaçao – crescimento (aspecto cinético)
Vitrocerâmicas
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Vidro Vitrocerâmica
Nucleação Crescimento
Nucleaçao – crescimento (aspecto cinético)
Vitrocerâmicas
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Aplicações das Vitrocerâmicas
Tampa em vitrocerâmica para fogões