Materiais Avançados

Pesquisador brasileiro propõe nova definição de vidro

Redação do Site Inovação Tecnológica -  04/09/2017

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• definição de vidro

.[Imagem: Zanotto/Mauro - 10.1016/j.jnoncrysol.2017.05.019]

O vidro é sólido ou líquido

O vidro é um material sólido ou líquido? A resposta vai depender de para qual cientista você dirigir a pergunta.

E provavelmente todas as respostas já aventadas já foram contestadas por outros cientistas - algumas de forma muito incisiva e acalorada.

É por isso que os professores Edgar Dutra Zanotto, da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), e John Mauro, da Universidade do Estado da Pensilvânia, nos Estados Unidos, estão propondo novas definições mais gerais que tentam abarcar os muitos comportamentos já observados nos muitos tipos de vidrosconhecidos.

"Há uma série de definições de vidro, mas a maioria apresenta erros graves. Muitas definições ensinam que o vidro é um sólido, e outras que é um material isotrópico [cujas propriedades são as mesmas, em diferentes direções], mas muitos vidros não são", disse Zanotto. "Por isso, resolvemos fazer uma revisão crítica e condensada do estado da arte sobre vidros, mostrando que eles têm estrutura muito diferente dos materiais sólidos, pois os vidros relaxam continuamente e cristalizam."

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Definição de vidro

A dupla está propondo duas possíveis definições para o vidro:

1. "O vidro é um estado fora do equilíbrio termodinâmico (estado em que os equilíbrios térmico, químico e mecânico ocorrem simultaneamente) e não cristalino da matéria, que parece sólido em uma curta escala de tempo, mas que relaxa continuamente em direção ao estado líquido."
2. "O vidro é um estado da matéria condensada fora do equilíbrio termodinâmico, não cristalino, que exibe uma transição vítrea. As estruturas dos vidros são semelhantes às dos seus líquidos super-resfriados (LSR) e relaxam espontaneamente em direção ao estado de LSR. Seu destino final, para tempos infinitamente longos, é cristalizar."

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Características dos vidros

"Há inúmeras evidências descritas em dezenas de artigos que mostram que o vidro tem características muito diferentes dos sólidos", afirmou Zanotto. Uma dessas características é que os vidros têm estrutura muito parecida com a dos líquidos a partir do qual são formados.

Outra característica é que eles fluem (deformam) espontaneamente com o passar do tempo e mediante uma pressão mínima, que pode ser menor do que a ação da gravidade. Já os materiais sólidos cristalinos só são deformados ao receber uma pressão externa, inversamente proporcional à temperatura. Quanto menor a temperatura, maior a tensão que terá que ser aplicada a um cristal sólido para deformá-lo, comparou Zanotto.

"Por outro lado, qualquer pressão ou tensão positiva, diferente de zero, é suficiente para um vidro fluir em qualquer temperatura. O tempo que ele demora para ser deformado depende muito da temperatura e da composição química", explicou Zanotto. "Se a temperatura a que o vidro for submetido for próxima de zero Kelvin [ou zero absoluto] vai levar um tempo infinitamente longo para que o material deforme. Mas, se aquecido, começará a fluir."

A terceira característica que diferencia o vidro de um material sólido é que, ao final de sua existência, ele acaba por cristalizar, enquanto que um cristal, por exemplo, por já estar em um estado sólido, não flui, nem cristaliza.

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Líquidos congelados

Com base nessas três características, Zanotto e Mauro propõem que os vidros poderiam ser definidos como "líquidos congelados", materiais com a estrutura de um líquido que foram "congelados" sem cristalizar ao serem resfriados abaixo de uma determinada temperatura, chamada de temperatura de transição vítrea.

Eles esclarecem em seu artigo que usam o termo "congelado" não como o congelamento usual de um material por redução da temperatura, mas como uma condição transitória e temporária de movimentação muito baixa ou mesmo imobilização.

"O termo mais técnico para descrever essa condição de congelamento temporário é 'não-ergótico', o que implica que a escala temporal da relaxação é muito mais longa do que o tempo de observação," escrevem eles.

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Bibliografia:

The glassy state of matter: Its definition and ultimate fate
Edgar D. Zanotto, John C. Mauro
Journal of Non-Crystalline Solids
Vol.: 471, 1 September 2017, Pages 490-495
DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2017.05.019