FCM 208 Física (Arquitetura)
Estruturas e constituintes da Materia
Prof. Dr. José Pedro Donoso
Universidade de São Paulo
Instituto de Física de São Carlos - IFSC
Vidros
Quando um líquido é resfriado bruscamente, o realinhamento molecular não
acontece, e o sólido que se forma não é cristalino senão amorfo. O vidro é um
exemplo de sólido amorfo. Estes materiais sólidos são sistemas desordenados
onde as moléculas formam redes desorganizadas, e possuem apenas ordem de
curto alcance (∼ 10 Å).
Composição (em % massa) do vidro de janela:
73.2 SiO2 - 13.4 Na2O - 10.6 CaO - 0.8 K2O - 1.3 Al2O3 - 0.7 MgO - 0.1 Fe2O3
Muitos outros óxidos (como B2O3, GeO2 e P2O5) e fluoretos (como ZrF4) também
formam vidros. O vidro tem uma miríade de empregos, como em fibras ópticas e
fibras isolantes. Vidros especiais, como o borosilicato, são tão resistentes ao
calor que serve para fabricar panelas de cozinha.
A figura ilustra a diferença entre um cristal e um vidro. Tanto o vidro como o
quartzo são igualmente constituídos por sílica (SiO2). As moléculas do quartzo
formam uma rede cristalina ordenada e regular. No vidro, as moléculas formam
redes desorganizadas que não são líquidos, nem apresentam a estrutura cristalina
com ordem de longo alcance que caracteriza os sólidos cristalinos.
Estrutura da Matéria, Coleção Ciência & Natureza(Time Life e Abril Livros, 1996)
D.A. Askeland, The Science and Engineering of Materials
Processo de fabricação de vidros pelo método de flutuaçã o
Um polímero é uma longa molécula em
forma de cadeia, feita de um grande número de moléculas pequenas –
monômeros - que se interligam pelas
extremidades.
Muitos polímeros existem na natureza,
tal como a borracha, a seda e a lã.
Os plásticos são feito de polímeros
sintéticos, chamadas resinas. As resinas termoplásticas amolecem ao ser
aquecidas e são fácil de moldar.
As resinas termorrígidas são as que
ficam muito duras depois de aquecidas
em altas temperaturas. Com eles se fabricam canecas e outros objetos
resistentes ao calor.Segmento de polietileno: - (C2H4) -
Hill & Kolb, Chemistry for Changing Times
Polímeros e plásticos
Trefil & Hazen, Física Viva (Editora LTC)
1868 – J.W. Hyatt,um jogador de bilharque procurava um substituto do marfim, obtem o celuloide
1909 – Leo Hendrik Baekeland produz a fragil baquelita
1922 - Hermann Staudinger desvenda a natureza dos plásticos.
1928 - Otto Rhöm cria o Pexiglas
Anos 30 - Wallace Carothers produz o nylon, uma fibra cuja aplicação se tornou cada vez mais ampla e variada.
1954 – o químico italiano Giulio Natta fabrica o polipropileno, provocando umaverdadeira revolução no campo dos plásticos.
Uma das mais importantes
aplicações dos polímeros é na
produção de fibras sintéticas.
Derretindo e esticando os fios, o
polímero pode ser tecido e
costurado, conseguindo-se tecidos
leves e resistentes.
A primeira fibra sintética foi o nylon,
inventado pela Du Pont em 1930.
Ele foi seguido por outras fibras
como o poliéster e o acrílico.
Estrutura da MatériaColeção Ciência & Natureza
(Time Life e Abril Livros, 1996)
Representação esquemática das
estruturas do monômero e da cadeia do
(a) Politetrafluoretileno (teflon)
(b) Cloreto de polivinila (PVC)
(c) Polipropileno
Abaixo: Polietileno, cadeia, unidade
monomêrica e perspectiva da molécula
Callister
Ciência e Engenharia de Materiais
Teflon
Quando todos os átomos de
hidrogênio no polietileno são
substituidos por átomos de fluor, o
polímero resultante é o
politetrafluoroetileno (PTFE),
conhecido pelo nome comercial
Teflon (- CF2 – CF2 – CF2 – CF2 -)
Como as ligações C-F são muito
fortes, o Teflon é um material não
reagente e inflamável. Ele é
utilizado para vedações, tubulações
de produtos químicos, mancais e
revestimentos antiadesivos.
Hill & Kolb, Chemistry for Changing Times
Hill & Kolb, Chemistry for Changing TimesCallister, Ciência e Engenharia de Materiais
Cloreto de polivinila (PVC)
Possui uma estrutura que é uma
pequena variação da apresentada
pelo polietileno, onde o último em
cada quatro átomos de hidrogênio é
substituido por um átomo de Cl.
As aplicações típicas são
revestimento de pisos, tubulações,
isolamento elétrico de fios, mangueiras de jardim e disquetes.
Borrachas
O termo borracha indica tanto o produto natural extraido da seringueiraquanto a borracha artificial produzida a partir de derivados do petróleo.
A borracha natural é constituida pelopoli-isopreno que se forma pela
polimerização de isopreno.
A borracha crua é de pouca utilidade,
pois no frio ela é dura e quebradiza.
Em 1839, Charles Goodyear deixoucair acidentalmente uma mistura de
borracha e enxofre numa chapa
quente, e verificou que as propriedadesda borracha melhoravam muito. O
processo ficou conhecido como
vulcanização
Na borracha vulcanizada, as ligações
(pontes) entre átomos de enxofre
permitem que ela volte a forma inicial
após ter sido deformada
Enciclopedia Conhecer 2000: Tecnologia (Editora Nova Cultura)
Preparação da borracha
Asbestos : são fibras minerais de ocorrência natural. A crisotila - Mg3Si2O5(OH)4 –possui uma camada em lâminas de silicato. A amosita e a crocidolita tem estruturade cadeia dupla de silicatos e aparecem como agulhas quando observadas num microscópio. Por volta de 1900 as chapas de cimento – amianto eram produzidasem grandes quantidade para uso em construção civil. Na decada de 1960, as doenças respiratórias associadas com a exposição aos asbestos levou a umaredução ou banimento do seu uso. Considerado cancerígeno pela OMS, todos ostipos de amianto estão banidos desde 2005. Os asbestos ainda usados hoje sãoconfinados em uma matriz de cimento ou em resinas orgânicas.
Ref: Shriver & Atkins, Química Inorgánica (Bookman, 2008)
Preocupações
Ambientais
Mina de amianto em Minaçu (GO)Produção: 300 mil ton. fibras/ano
Preocupações ambientais
Tintas com chumbo : os sais de chumbo tem sido muito usados em pigmentos e
tintas: o PbCrO4 é amarelo, Pb3O4 é vermelho e Pb3(OH)2CO3 é branco. Como as
pinturas se desgastam, os compostos de chumbo se dispersam na poeira. Em 1927,
o chumbo foi banido das tintas para interiores em toda Europa. Nos EUA foi banido
somente em 1971. Por causa das tintas com chumbo nas paredes, estima-se que
cerca de 20% das crianças que vivem em casas de cidades do interior dos EUA,
constridas antes de 1946, possuim níveis elevados de chumbo no sangue.
Uma vez que o Pb2+ tem um raio iônico similar ao Ca2+, pode substituir o calcio na
hidroxiapatita dos ossos, Ca5(PO4)3(OH). Isso permite o chumbo circular no sangue,
atingindo alvos críticos nos tecidos nervosos. Estudos epidemiológicos tem
associado a presença de chumbo no sangue a dificuldades de crescimento, audição
e desenvolvimento mental.
Ref: Shriver & Atkins, Química Inorgánica (Bookman, 2008)
W.D. Callister, Ciência e Engenharia de Materiais. Uma introdução (Editora LTC)
D.F. Shriver, P.W. Atkins, Química Inorganica (Bookman, 2008)
W.F. Smith: Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais (McGraw Hill)
L.H. Van Vlack, Princípios de Ciência dos Materiais (Editora E. Blucher, 1970)
D.A. Askeland, P. Phulí, The Science and Engineering of Materials (Thomson)
J.W. Hill & D.K. Kolb, Chemistry for changing times, 7th edition (Prentice Hall 1995)
Referências bibliográficas