Redes Tridimensionais: Vidros Inorgânicos

Teoria Completa

E aí, tudo bem?

A maioria das redes tridimensionais são vidros inorgânicos, especialmente óxido, como exemplo os vidros de janela.

Vamos entender o que são essas redes tridimensionais?

Redes tridimensionais

Para se ter vidro, portanto, é necessário um material que quando fundido tenha uma alta viscosidade, e que esta viscosidade aumente muito antes de chegar ao ponto de solidificação, impedindo a ordenação dos átomos (que se chama cristalização).

Não são todos os materiais que se prestam para gerar vidros. A água, por exemplo, é uma delas, pois sua viscosidade é praticamente a mesma, e muito baixa, ente a sua temperatura de fusão (0°C) e sua temperatura de evaporação (100°C). Portanto não importa quão rápido se esfrie a água, sempre seus átomos poderão se movimentar entre si para gerar um cristal (átomos ordenados).

Alguem ai já fez um pudim com aquela deliciosa calda de caramelo?

O açúcar na temperatura ambiente é um cristal, cada grão é um pequeno cristalzinho. Quando aquecemos para fazer o caramelo do pudim ele se funde, tornam-se um líquido, formando o caramelo. Se jogarmos este caramelo em uma superfície fria ele se solidifica sem se cristalizar, desenvolvendo, portanto, um vidro. (Sim, bala de açúcar é um vidro!)

Quando olhado através do microscópio os átomos de um grão de areia, se arranjam desenvolvendo formas de cristais, que são arranjos organizados e com formação repetitiva. Se fundirmos estes grãos a organização termina ; se esfriarmos ligeiramente (e nem precisa ser muito ligeiramente), os átomos não conseguem se reorganizar, permanecem amorfos , gerando o vidro com características boas para as nossas aplicações.

Notem que a sílica é formada por um átomo de silício rodeado por quatro átomos de oxigênio, formando este lindo tetraedro.

Caracteristicas das redes tridimensionais

A densidade (massa atômica/volume ocupado pelos átomos) destes arranjos é menor do que os cristalinos. Os óxidos apresentam estruturas abertas pois a uma forte repulsão cátion-cátion, que é mais pronunciada quando os poliedros de coordenação são pequenos e a carga do cátion é elevada .

E como os compostos inorgânicos podem ser não cristalinos??

  • cada ânion é ligado a apenas dois cátions
  • o número de ânions que rodeia um cátion deve ser pequeno (3 ou 4);
  • pelo menos três vértices do poliedro devem ser compartilhados

Como exemplo a sílica que vimos ali em cima :D

No vidro de sílica pura, esses tetraedros estão unidos vértice a vértice mas não apresentam ordem de longo alcance, como no quartzo por exemplo.

Tipos de vidros

Vidro natural: também conhecido como rocha vítrea, é desenvolvido a partir de rochas vulcânicas. Exemplo: obsidiana

Vidro Sintético: alguns acreditam que foi descoberto através de fogueiras à beira mar. O calor gerado pelo fogo transformou a sílica presente na areia da praia e outros componentes em vidro. Atualmente como dito anteriormwnte o vidro é obtido pelo resfriamento rápido do liquido e depois superaquecidos até que tenha uma rigidez sem a cristalização do material.

O vidro é composto de 96 % de sílica, mas existem diferenteeeeeeees tipos de vidros que possui como base a sílica, possuem composições diferentes como: vidro sódio-cálcico, vidro boro-silicato, cristal (contém óxidos).

Os vidros usados em embalagens (frascos, garrafas) e em vidros de carro é o vidro sódio-cálcico, já o vidro do tipo cristal contém 24 a 32 % de óxido de chumbo e é usado para fabricar taças, copos e peças artesanais.

O vidro boro-silicato é aplicado em utensílios como aquelas lindas tampas de panelas, possui a característica de resistir ao choque térmico, além serem bem lindinhas né?!

Expandir

Exercício Resolvido #1

Elaboração própria

A respeitos da estrutura amorfa determine a opção correta:

  1. Os vidros inorgânicos são vidros à base de sílica, aos quais foram adicionados outros óxidos, tais como CaO e Na2O.
  2. Esses óxidos formam redes poliédricas (seus cátions são incorporados no interior e modificam a rede do SiO4 4- )
  3. Os vidros inorgânicos não podem ser transformados de um estado não-cristalino para um estado cristalino
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Passo 1

Os vidros inorgânicos são vidros à base de sílica, aos quais foram adicionados outros óxidos, tais como CaO e Na2O.

Passo 2

Esses óxidos não formam redes poliédricas (seus cátions são incorporados no interior e modificam a rede do SiO4 4- ).

Passo 3

A maioria dos vidros inorgânicos pode ser transformada de um estado não-cristalino para um estado cristalino

Resposta

Alternativa A

Exercício Resolvido #2

Elaboração própria

Sobre as redes tridimensionais determine a opção correta:

  1. A densidade destes materiais é superior aos materiais cristalinos
  2. Os óxidos apresentam estruturas fechadas
  3. Ocorre a união e compartilhamento dos vértices do poliedro
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Passo 1

A densidade (massa atômica/volume ocupado pelos átomos) destes arranjos é menor do que os cristalinos

Passo 2

Passo 3

. Os óxidos apresentam estruturas abertas pois a uma forte repulsão cátion-cátion

Passo 4

Pelo menos três vértices do poliedro devem ser compartilhados

Resposta

Alternativa C

Exercício Resolvido #3

Elaboração própria

Sobre as características do vidro borossilicatos escolha a alternativa correta:

  1. Apresenta elevada resistência ao choque térmico
  2. Baixa resistência química
  3. O óxido de boro, forma um vidro com resfriamento a partir de temperaturas abaixo do ponto de fusão 
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Passo 1

Os vidros borossilicatos apresentam alta resistência ao choque térmico e por isso são empregados em utensílios domésticos

Passo 2

Resistentes ao ataque químico e por isso são utilizados em vários equipamentos de laboratório.

Passo 3

O óxido de boro, por si só, forma um vidro com resfriamento a partir de temperaturas acima do seu ponto de fusão 

Resposta

Alternativa A

Exercício Resolvido #4

Elaboração própria

Sobre as características do vidro sintético analise a opção correta:

  1. Obtido através do resfriamento lento de líquidos superaquecidos.
  2. O vidro é composto de 96 % de sílica
  3. Obtido através do resfriamento lento de líquidos refrigerados.
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Passo 1

O vidro é obtido através do resfriamento instantâneo de líquidos superaquecidos até o ponto de rigidez 

Passo 2

O vidro é composto de 96 % de sílica, mas existem variados tipos de vidros que apesar de serem originados da mesma base (sílica), possuem composições diferentes como: vidro sódio-cálcico, vidro boro-silicato, cristal (contém óxidos).

Resposta

Alternativa B

Exercício Resolvido #5

Elaboração própria

Sobre as propriedades dos materiais vítreos determine a característica correta:

  1. Volume diminui continuamente em função de uma redução na temperatura.
  2. O volume não é influenciado pela temperatura
  3. Diminuição continua do volume quando se atinge Tf
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Passo 1

Volume diminui continuamente em função de uma redução na temperatura

Passo 2

Diminuição descontínua no volume quando se atinge Tf

Resposta

Alternativa A

Exercício Resolvido #6

Elaboração própria

Análise o gráfico e interprete o que ocorre com o vidro abaixo da temperatura de transição vítrea (Tg).

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Passo 1

Passo 2

Abaixo da Tg cessam quaisquer modificações na configuração dos tetraedros (se sílica)

Resposta

Sem modificação dos tetaedros

Exercício Resolvido #7

Elaboração própria

O vidro float também conhecido como o vidro plano. Sobre este vidro determine as características corretas:

  1. Mistura sílica (areia), potássio, alumina, sódio, magnésio e cálcio.
  2. Custo elevado quando comparado aos demais tipos de vidros
  3.  Uma vantagem deste vidro que devido a sua composição torna-o um vidro resistente a quebra e por isso utilizado para garantir a segurança.
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Passo 1

Mistura sílica (areia), potássio, alumina, sódio, magnésio e cálcio.

Passo 2

Passo 3

A maior vantagem que é mais barato para o consumidor

Passo 4

Passo 5

A desvantagem é que ele não garante a segurança ao ser quebrado, por isso pode não ser a melhor opção para quem deseja ter segurança.

Resposta

Alternativa 1

Exercício Resolvido #8

Elaboração própria

Qual o efeito da adição de TiO2 e Al2O3 em substituição do silício na composição:

  1. São modificadores e óxidos primários
  2. São modificadores e óxidos intermediários e aumentam o ponto de fusãoe reduz a viscosidade
  3. Fácil conformação em baixas temperaturas
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Passo 1

Passo 2

Modificadores e óxidos intermediários diminui o ponto de fusão e a viscosidade de um vidro

Passo 3

Passo 4

Mais fácil a sua conformação a temperaturas mais baixas.

Resposta

Alternativa c

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