Um curioso garotinho apanhou um seixo na beira do córrego Monjolinho, em São Carlos. Usando uma pinça, colocou o seixo sob a chama de um bico de gás (que tem temperatura máxima da ordem de
). Após alguns minutos de aquecimento, o seixo explodiu em pequenos pedaços. Sabendo que o tal seixo era totalmente denso, sem humidade, composto por um tipo de sílica
cristalina chamada quartzo-
e que não houve problemas relacionados com choque térmico, explique o motivo da explosão.
Passo 1
Vamos resumir o que a questão está pedindo. Temos um seixo composto de sílica cristalina chamada quartzo-α, que é totalmente denso e sem humidade. Esse seixo foi aquecido sob uma chama de bico de gás a uma temperatura de cerca de
por alguns minutos, e acabou explodindo em pequenos pedaços. Precisamos explicar por que isso aconteceu.
Conteúdo da matéria: A questão envolve conceitos de física e química relacionados a mudanças de fase e propriedades dos sólidos cristalinos sob aquecimento.
O que vamos precisar: Entender o comportamento do quartzo-α quando submetido a altas temperaturas, especialmente em relação às mudanças estruturais que podem ocorrer.
Passo 2
Primeiro, vamos falar sobre o quartzo-α (
-quartz). O quartzo é uma forma cristalina da sílica (
) e possui uma estrutura muito organizada e rígida. A estrutura cristalina do quartzo-α é estável até uma certa temperatura.
Passo 3
Quando o quartzo-α é aquecido, ele passa por uma transição de fase. Isso significa que sua estrutura cristalina muda para uma forma diferente devido ao aumento da temperatura. No caso do quartzo-α, essa transição ocorre por volta de
, onde ele se transforma em quartzo-
(
-quartz).
Passo 4
A transição de quartzo-α para quartzo-
envolve uma mudança significativa na estrutura cristalina. Essa mudança não é totalmente suave e gera tensões internas no material. Mesmo que o seixo seja totalmente denso e sem humidade, a mudança estrutural gera estresse suficiente para causar fraturas.
Passo 5
No caso apresentado, o seixo foi aquecido até
, bem acima da temperatura da transição de fase. Essa aquecimento prolongado intensifica as tensões internas devido à expansão térmica desigual durante a transição. Como resultado, o seixo não consegue suportar essas tensões acumuladas e acaba explodindo em pequenos pedaços.
Resposta
A explosão do seixo de quartzo-α ao ser aquecido a
ocorre porque a temperatura elevada provoca uma transição de fase da estrutura cristalina do quartzo-α para quartzo-
. Essa mudança estrutural gera tensões internas no seixo, que, devido à falta de humidade e densidade, não conseguem ser acomodadas, resultando na fragmentação do seixo em pequenos pedaços.