Vidros escorrem?

Os vitrais, tão comuns nas catedrais europeias construídas na idade média, chamaram a atenção da comunidade não somente por sua beleza, mas também por uma interessante peculiaridade: A extremidade inferior dos antigos vidros que os formavam era mais espessa do que no restante do material.

Vitral datado do século XIV – Catedral de Troyes – França

Esse fenômeno pode ser explicado porque o vidro provavelmente escoou ao longo dos anos, aglomerando-se na extremidade inferior, certo? Errado!

A explicação acima é uma famosa crença popular, a qual afirma que os vidros escoam com o passar dos anos, comportando-se como líquidos, mas com uma viscosidade suficientemente elevada para que não possamos notar os sinais de escoamento em um curto período de tempo. Isso explicaria o porquê da característica dos vidros de catedral, já que permanecem na posição vertical durante séculos, tempo suficiente para que o escoamento se manifestasse. A história é tão convincente que, durante anos, foi tida como verdade não só pelo senso comum, mas também por diversos cientistas.  A justificativa é que os vidros possuem estrutura amorfa, diferentemente da grande maioria dos outros sólidos. Nesse aspecto, os vidros assemelham-se a líquidos, já que compartilham da mesma organização estrutural (amorfa). Assim, surgiu a crença de que vidros e líquidos possuiriam propriedades semelhantes. No entanto, existem duas características comuns a todos os líquidos, as quais não são apresentadas por vidros:

– Capacidade de adquirir a forma dos meios que o contém;

– Capilaridade ( propriedade que permite com que líquidos subam em tubos).

As características de vidros e líquidos diferem basicamente devido a forças internas. Os líquidos fluem devido à ausência de forças significativas entre suas moléculas, possibilitando que elas se movimentem facilmente. Contudo, nos vidros os átomos são unidos por ligações químicas muito fortes, tornando-os tão rígidos que não podem fluir na temperatura ambiente. Em outras palavras, vidros são sólidos que conservaram o mesmo arranjo molecular que apresentavam quando encontravam-se líquidos,  mas essa semelhança do ponto de vista de organização dos átomos não pode ser estendida às propriedades desses materiais, uma vez que apresentam interações químicas bastante diferentes em suas estruturas.

Sabendo disso, imagina-se que os vidros não necessariamente devem escoar ao longo do tempo, como os líquidos, mas a crença que explicava o aumento de espessura nos vidros de catedral só pôde de fato ser descartada quando comprovou-se matematicamente sua impossibilidade. Cientistas calcularam o escoamento de vidros na temperatura ambiente e verificaram que este é insignificante a ponto de que para que notarmos qualquer alteração, precisaríamos esperar trilhões de anos (mais do que a idade do universo, a qual é estimada em cerca de 13 bilhões de anos). Dessa forma, é impossível que os vidros das catedrais, que são do milênio passado, houvessem sofrido qualquer alteração que pudesse sequer ser medida, quanto mais observada a olho nu.

Mas então qual a explicação científica para a diferença de espessura ao longo dos vidros das catedrais?

O método de fabricação dos componentes!

A técnica de flotação de vidros, utilizada atualmente para fabricação de vidros planos permite com que esses sejam obtidos com boa qualidade e espessura homogênea. No entanto, os vidros planos na época medieval eram feitos por sopro e então forçadamente esticados através da ação de cilindros (método do cilindro) ou de força centrífuga, através da rotação do vidro em torno de um eixo (método do disco). Os vidros planos obtidos por esses métodos frequentemente apresentavam defeitos de ondulações e espessura heterogênea.

metodo disco

 Esquema de fabricação de vidros planos pelo método do disco.

Por essa razão, os vidros de catedral apresentavam maior espessura em sua base: eles jamais foram perfeitamente planos como inicialmente imaginava-se, mas sim heterogêneos devido ao método de processamento do vidro.

Mais informações disponíveis em:

Corning Museum of Glass

Do cathedral glasses flow?

Projeto Ockham

Você realmente conhece o Teflon?

No final dos anos 30 foi inventado pelo americano Roy J. Plunkett o politetrafluoretileno (PTFE), mais conhecido como Teflon e registrado pela companhia DuPont. Por mais que nós conheçamos ele geralmente por sua função antiaderente nas nossas panelas, a sua primeira aplicação foi bem diferente: A indústria bélica.
Durante a Segunda Guerra Mundial designers procuravam um material que fosse resistente aos componentes corrosivos das bombas e para essa aplicação eles utilizaram o PTFE. Apenas em 1954 dois engenheiros franceses descobriram que panelas revestidas desse material faziam com que a comida não grudasse nelas. Hoje, o Teflon possui inúmeras aplicações, como por exemplo na odontologia na área de regeneração óssea e tecidual e na medicina em forma de próteses. Além disso, pode ser utilizado para a fabricação de eletrodos e para a impermeabilização de tecidos.
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Para entender como esse material possui a propriedade antiaderente, temos que olhar primeiramente a sua estrutura química. O monômero do polímero, representado na figura abaixo, nos mostra que ao longo de todas as cadeias do PTFE existem apenas átomos de carbono e flúor.
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A forte ligação entre esses dois átomos pode ser explicada pela alta eletronegatividade do flúor.
Mas o que é eletronegatividade mesmo? Quando um átomo é muito eletronegativo há uma grande atração de elétrons por seu núcleo.
Através da tabela periódica abaixo, vemos que o flúor é o elemento mais eletronegativo. Por essa razão, as forças elétricas envolvidas nas moléculas, conhecidas como forças de Van der Waals, fazem com que os compostos contendo flúor repilam quaisquer átomos que se aproximem.
Por isso, é um material com grande estabilidade química em baixas temperaturas e que possui um dos menores coeficientes de atrito.
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Uma das grandes discussões hoje em questão é a toxicidade ou não do material. Sabemos que a pirólise do Teflon começa por volta de 220°C, porém cientistas acreditam que só fará mal à saúde se a temperatura em que o produto é exposto for maior do que 250°C. A pirólise gera alguns gases tóxicos como produtos da reação, alguns deles estão nessa lista. Esses podem ter diversos efeitos nos seres humanos e nos outros animais e podem até mesmo parecer com sintomas semelhantes aos do vírus da gripe.
Para termos uma noção, a carne é frita entre 200-232ºC e o ponto de fumo da maioria dos óleos é antes de 260°C. Por isso, é muito importante sabermos quais materiais podemos e não podemos usar em certas situações do nosso dia.

Ligas com Efeito de Memória de Forma (LEMF)

Oi, galera!
Vocês já ouviram falar de materiais com propriedade de memória de forma? O curioso fenômeno ocorre em algumas ligas de ouro-cádmio, cobre-zinco, mas é conhecida principalmente em uma liga denominada nitinol, a qual é composta por níquel e titânio.
O efeito de memória de forma permite que o material seja deformado plasticamente e quando aquecido volte instantaneamente à sua forma original, como mostra o vídeo.

É impressionante! As aplicações desses materiais são inúmeras, partindo das áreas de robótica e biomecânica até as indústrias naval, nuclear, aeronáutica e automobilística.

Como funciona o efeito de memória de forma? O que as ligas com efeito de memória de forma têm em comum que lhes confere esse comportamento? Uma transformação de fases! Basicamente, quando se encontram à temperatura ambiente as ligas apresentam uma fase monoclínica denominada martensita. O aumento da temperatura, no entanto, diminui a estabilidade da fase martensítica e seus cristais adquirem forma cúbica, caracterizando uma nova fase, a qual é denominada austenita. A temperatura que marca a transição entre essas fases é conhecida por temperatura de transformação. O principal fator para a ocorrência da memória de forma é a capacidade da fase martensítica de sofrer maclação. Dessa forma, ao aplicar-se uma força externa, o material é deformado plasticamente sem que haja ruptura das ligações entre átomos e, consequentemente, sem ocasionar danos permanentes à sua estrutura. Isso permite que, quando o material for aquecido acima de sua temperatura de transformação, sua fase martensítica seja convertida em austenita, a qual apresentará a mesma estrutura que possuía antes de o material sofrer qualquer deformação, visto que a martensita não foi modificada permanentemente. A Figura abaixo esquematiza o que foi explicado até então.

mecanismo memória de forma

O fato de a estrutura austenítica ser “memorizada”, ainda que a liga sofra deformações em temperaturas mais baixas, explica não somente o mecanismo do efeito de memória de forma como também o porquê do nome escolhido para o fenômeno. O video abaixo mostra alguns experimentos realizados com a liga Nitinol. Observa-se, ao final do vídeo, que para alterar a forma a que o material retoma ao ser aquecido, o mesmo deve ser conformado em temperaturas elevadas para apresentar fase austenítica, visto que essa é a fase responsável pela memorização.

Espero que tenham gostado. Até a próxima!