Os vidros são materiais amorfos, isto é, seus átomos não seguem padrões de organização a longo alcance, como acontece para os materiais cristalinos:
Material cristalino (à esquerda) e amorfo (à direita).
O estado amorfo, no entanto, não é a condição mais estável para um material, já que o mesmo não se encontra em seu estado de menor energia livre. Assim, os vidros são metaestáveis e tendem a cristalizar, processo conhecido como devitrificação. A transformação é favorecida pelo aumento da temperatura a que o vidro é submetido e pelo tempo em que permanece nessa temperatura. Isso permite que os vidros possam ser submetidos a tratamentos térmicos e transformados em vitrocerâmicas, por exemplo. Na temperatura ambiente, o processo é tão lento que não conseguimos observá-lo ao longo de nossas vidas. Exemplo disso é o vidro presente nas janelas de catedrais da idade média, que permanece no estado vítreo ainda que tenha sido fabricado há alguns séculos.
Perceptível por nós ou não, a metaestabilidade dos vidros existe e faz com que esses materiais se transformem – ou fazia. Cientistas descobriram que existe uma fase da sílica (SiO2), a coesita, que pode ser amorfizada a um nível em que não consegue mais ser devitrificada. O pesquisador da USP Caetano Rodrigues Miranda, colaborador dessa pesquisa, explica que a composição química da coesita é a mesma do quartzo, “a diferença é que a alta pressão desestrutura a rede cristalina característica do quartzo e compacta os átomos de silício e oxigênio em um sistema amorfo. O resultado é um vidro de alta densidade. Ultrapassada uma pressão-limite, o processo de amorfização torna-se irreversível e o material não consegue mais voltar à configuração cristalina”.
Grão de coesita (cinza) em eclogito. A intrusão colorida é piroxeno. O rebordo cristalino é quartzo (imagem: Wikimedia Commons)
A coesita pode ser então a chave para o “vidro perfeito”? A aplicação tecnológica dessa fase está sendo investigada, já que é formada a pressões elevadíssimas, o que dificulta sua obtenção. Para estudá-la, o grupo de Miranda recorreu a simulações computacionais e espectroscopia Raman, vendo, ou melhor, ouvindo como ocorre a gradual amorfização da coesita com o aumento de pressão. Os espectros Raman foram convertidos pela equipe em ondas sonoras, pois a audição é melhor do que a visão para identificar pequenas variações nos padrões ou em dados mais complexos. “É mais fácil ouvir do que ver. Além disso, há também uma vantagem do ponto de vista artístico, pois, com os fragmentos sonoros obtidos, é possível compor música. Estabelece-se assim uma ponte entre ciência e arte”, comenta Miranda. Um dos áudios obtidos no estudo está disponível no link.
Enquanto a coesita se desenvolve no campo da ciência e engenharia de materiais, é empregada paralelamente em pesquisas de cunho geológico. Na natureza, a fase pode ser encontrada em regiões bombardeadas por corpos celestes, afetadas por explosão nuclear ou abaixo da crosta terrestre, no manto de nosso planeta. Devido a essa característica, a coesita é a “assinatura” característica de eventos de altíssima pressão na Terra, sendo utilizada como marcador para identificar quando e onde esses eventos aconteceram na história de nosso planeta.
Fontes:
FAPESP – Como se forma a rocha produzida pelo impacto de meteoros ou explosões nucleares;