As Propriedades dos Vidros

Enquanto o sólido cristalino possui uma estrutura microscópica periodicamente organizada, o sólido não cristalino, por outro lado, possui uma estrutura desordenada, com ausência de simetria e periodicidade translacional. Existem dois tipos de sólidos não cristalinos, o vidro, que exibe o fenômeno de transição vítrea, podendo ser produzido a partir de materiais inorgânicos, orgânicos e metálicos e os sólidos amorfos — estes não apresentam o fenômeno da transição vítrea.

O vidro é considerado um sólido não cristalino porque a sua temperatura de resfriamento está abaixo do momento em que suas partículas começam a organizar-se para realizar o processo de cristalização. Assim, dizemos que é um resfriamento abaixo da temperatura de transição vítrea.

A temperatura de transição vítrea (Tg) é uma faixa de temperatura que se refere à passagem do estado vítreo para o estado viscoelástico, e dentro desta faixa Tg pode assumir diversos valores de acordo com a velocidade de resfriamento do material. O estado viscoelástico descreve um comportamento de um corpo que responde elasticamente ao ter uma força aplicada sobre ele. Por outro lado, o estado vítreo descreve o comportamento de um corpo que não se deforma ao ter uma força aplicada sobre ele. Sua tendência é absorver a energia e dissipá-la, quebrando-se.

Geralmente o vidro é produzido através de uma mistura de substâncias inorgânicas, que é denominada mistura vitrificável, formada por sílica ou dióxido de silício (SiO2) (oriundo, na maioria das vezes, do quartzo), barrilha ou soda (carbonato de sódio - Na2CO3) e calcário (carbonato de cálcio – CaCO3).

Essa mistura vitrificável é fundida a aproximadamente 1500 °C, formando uma massa pastosa e homogênea composta de silicatos de sódio e cálcio. Essa é, portanto, a composição química do vidro comum.

barrilha + calcário + areia → vidro comum + gás carbônico
Na2CO3 + CaCO3 + SiO2 → silicatos de sódio e cálcio + gás carbônico
XNa2CO3 + YCaCO3 + ZSiO2 → (Na2O)X . (CaCO)Y . (SiO2)Z + (X + Y) CO2

O CO2 é eliminado no forno de fusão para que não se formem bolhas no vidro e depois a massa fundida é resfriada para a formação do vidro, esse resfriamento ocorre em uma temperatura abaixo da temperatura de transição vítrea e em uma velocidade que não permite que os átomos se organizem em cristais. Dessa forma, forma-se um corpo que apresenta essa transição vítrea.

Devido as diferentes técnicas de têmpera térmica e química e à vastíssima faixa de composição química dos vidros, estes apresentam uma ampla variação de propriedades mecânicas, óticas, térmicas, elétricas e químicas. As cerâmicas (materiais cristalinos) também englobam uma vasta faixa de propriedades, e até nossa intuição pode falhar em distinguir um vidro de uma cerâmica. Várias cerâmicas são transparentes e vários vidros são opacos. Somente técnicas experimentais avançadas, como a difração de raios-X, podem realmente diferenciar vidros de cerâmicas.

Os vidros são normalmente isolantes elétricos, entretanto, vidros porosos têm sido impregnados com metais para a formação de fibras que são supercondutores de eletricidade. Novos vidros de óxidos e não-óxidos são semicondutores de eletricidade. Alguns são condutores iônicos e têm aplicação como eletrólitos sólidos. Outros são sensíveis a íons específicos e têm larga utilização em análises químicas e clínicas. Uma das propriedades tecnologicamente mais importantes dos vidros é a alta durabilidade química de certas composições e seu uso como recipientes de reagentes químicos e produtos farmacêuticos, em vidraria de laboratórios e tubulações de indústrias químicas está diretamente relacionado a essa característica.