O que são vidros? Explique a diferença entre um vidro e um sólido cristalino com base na variação do volume específico em função da temperatura.
Passo 1
O enunciado pergunta “o que são vidros” e pede para compararmos o comportamento de um vidro amorfo com o de um sólido cristalino olhando para a variação do volume específico
em função da temperatura
. O conteúdo aqui é a transição vítrea e como ela difere de uma transição de fase de um cristal.
Passo 2
Vamos primeiro entender o sólido cristalino. Num cristal puro, abaixo do ponto de fusão
, o volume específico cresce quase linearmente com a temperatura, pois a dilatação térmica é descrita por
onde
é o volume específico num estado de referência
e
é o coeficiente de expansão térmica do cristal. Ao atingir
, ocorre uma descontinuidade em
: o sólido funde e passa a líquido, mostrando um salto no volume específico característico de transição de primeira ordem.
Passo 3
Agora considere um líquido que vem sendo resfriado. Se o resfriamento for lento, ele cristaliza em
e segue o caso acima. Se for rápido ou se não houver um arranjo cristalino estável, forma-se um líquido super--resfriado que, ao chegar a uma temperatura chamada de
(temperatura de transição vítrea), deixa de conseguir relaxar estruturalmente. Acima de
, o volume específico do líquido super--resfriado cai com temperatura com um coeficiente
maior (mais expansível). Abaixo de
, a estrutura “congela” e passa a exibir um coeficiente menor
.
Passo 4
O resultado prático é que o gráfico de
versus
para um vidro não tem salto brusco em
, mas uma mudança de inclinação:
Dessa forma, a transição vítrea é uma transição de segunda ordem ou cinética: não há quebra de fase bem definida, mas sim um “congelamento” gradual da estrutura.
Passo 5
Portanto, a grande diferença é que um sólido cristalino passa por uma transição de fase de primeira ordem em
, com descontinuidade em
, enquanto um vidro (sólido amorfo) apresenta apenas uma mudança de inclinação contínua em
na sua transição vítrea
, indicando que ele é um líquido congestionado que perdeu mobilidade estrutural sem reorganizar-se em rede cristalina.
Resposta
Vidros são sólidos amorfos obtidos quando um líquido é resfriado sem cristalizar, de modo que sua estrutura fica “congelada” fora do equilíbrio. Comparado a um cristal, um vidro não exibe salto brusco no volume específico ao resfriar; em vez disso, em torno de
ele apresenta somente uma mudança de inclinação na curva
versus
, refletindo a transição vítrea, que é de natureza cinética e não de primeira ordem.