11.Por que a densidade dos vidros é menor (volume específico maior) do que a densidade de seus similares cristalinos, para a mesma composição?
Passo 1
O enunciado pergunta por que a densidade
de um vidro é menor (ou seja, o seu volume específico
é maior) do que a densidade de um sólido cristalino de mesma composição. O conteúdo aqui é estrutura de sólidos: vamos comparar empacotamento em fases cristalinas versus amorfas e ver como isso afeta a densidade.
Passo 2
Fase cristalina: num cristal, os átomos ou moléculas se organizam em uma rede periódica de longo alcance, encontrando posições bem definidas que minimizam a energia. Esse arranjo costuma maximizar a eficiência de empacotamento, reduzindo espaços vazios internos. Como resultado, o volume total ocupado pelos átomos é o menor possível para aquela composição, o que leva a uma densidade maior.
Passo 3
Fase vítrea (amorfa): no vidro, a fusão de um líquido super-resfriado congela uma rede desordenada, com apenas ordem de curto alcance. Não há tempo nem mobilidade para os átomos retrabalharem suas posições a fim de eliminar vazios. Assim, a estrutura vitrificada retém maior fração de volume livre (pequenas cavidades e deficiências de empacotamento), resultando em empacotamento menos eficiente.
Passo 4
Comparando as duas fases, o volume específico do vidro fica aumentado devido ao volume livre extra na rede amorfa. Como
, um
maior implica uma densidade
menor. Em resumo, a desordem e os vazios presentes no vidro fazem com que ele ocupe mais espaço por unidade de massa do que o cristal análogo.
Resposta
A densidade é menor no vidro porque a rede amorfa retém mais volume livre e empacota os átomos de forma menos eficiente do que a rede cristalina ordenada.