O Experimento Vidros

Universidade de São Paulo[pic 1]

Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto

Departamento de Química

Inorgânica Experimental

Experimento 5 - Vidros

Grupo 4:

Henrique Romero G. M. Ferreira – 8601210

Isabella Furlin Machado – 8625377

Prof. Dr. José Maurício Almeida Caiut 

Ribeirão Preto, 06 de outubro de 2017

1. Resumo

Para a síntese dos vidros a base de fosfato, utilizou-se carbonato de sódio (Na2CO3) em diferentes proporções e di-hidrogenofosfato de amônio para posteriormente fundi-los a temperaturas muito alta de aproximadamente 800ºC.

Na primeira síntese, esperava-se obter um vidro de coloração azul, para isso utilizou-se Cu2+, pois sabe-se que o mesmo possui uma transição d-d permitida por spin, a qual corresponde entre 400 e 500 nm, emitindo coloração azul. Já a segunda síntese, esperava-se obter um vidro incolor luminescente, sendo assim, utilizou-se Eu2+, pois na literatura os elementos Terra Rara possuem propriedades luminescentes. Quando um Terra Rara possui orbitais 4f semipreenchidos, apresentando então níveis de energia característico para seus íons, e consequentemente apresentando propriedades luminescentes, pois absorve luz na região do UV-Vis e emite na zona do infravermelho. O Eu2+ então apresenta coloração transparente, porém quando sujeito a radiação ultravioleta absorve energia, o qual provoca um salto temporário dos seus elétrons para um estado de maior energia. Quando estes elétrons voltam para seu estado fundamental, liberam energia sob forma de radiação visível, adquirindo então coloração avermelhada.

1. Resultados e discussões

Define-se vidro como uma substância sólida que não possui forma definida (amorfo), que apresenta temperatura de transição vítrea. O estado vítreo é caracterizado por uma temperatura de transição vítrea (Tg), na qual ocorre a transição entre um estado sólido rígido e um estado líquido de alta viscosidade. O processo de resfriar o líquido viscoso é chamado de vitrificação; durante o resfriamento, o material passa do estado líquido para sólido novamente, só que preserva o arranjo estrutural desordenado do líquido. Assim não existe uma temperatura definida na qual o líquido se transforma em sólido, como acontece com os materiais cristalinos[1]. Os vidros possuem, portanto, estrutura semelhante à dos líquidos e rigidez dos sólidos.

A figura 1 nos mostra a distinção entre os materiais cristalinos e os materiais vítreos a partir do volume específico x temperatura de cada uma. Percebe-se que os materiais cristalinos se solidificam a temperatura de fusão, pois não apresentam a temperatura de transição vítrea.

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Figura 1. Volume específico x temperatura dos materiais cristalinos e não cristalinos.

Nos materiais cristalinos temos um decréscimo descontinuo de volume quando se atinge a temperatura de fusão. Porém, com os materiais vítreos, este volume decresce continuamente em função de uma redução de temperatura.

A maior parte do trabalho com vidros descritos na literatura envolve os fosfatos de sódio, basicamente porque eles são solúveis em água. Por isso as sínteses de vidros a partir dos fosfatos levam a vidros bastante higroscópicos, ou seja, absorvem umidade do ar e são de fácil manejo, sendo bastante didático.

Para obtenção dos vidros pode-se utilizar vários processos como decomposição química a vapor, pirólise, processo sol-gel, entre outros. Em vidros de silicato de sódio, por exemplo, pode-se utilizar um processo evaporação de uma solução aquosa do silicato de sódio e em seguida realiza-se um tratamento térmico, o qual elimina a água residual. Porém, tradicionalmente os vidros são produzidos através do método de fusão e resfriamento. Neste método, o qual foi utilizado neste experimento, ocorre primeiramente a fusão dos materiais de partida em altas temperaturas e em seguida utiliza-se de um resfriamento rápido do material fundido. Quando a matéria prima do vidro se encontra fundida, apresenta estruturas semelhantes à de líquidos, porém ao resfria-la rapidamente este arranjo estrutural interno adquire uma rigidez.

Para obtenção do vidro a base de fosfato, utilizou-se carbonato de sódio (Na2CO3) e Di-hidrogenofostato de amônio (NH4H2PO4) e altas temperaturas, aproximadamente 800ºC, para a fusão. Os vidros de fosfato apresentam estruturas fundamentais com coordenação tetraédrica. O fósforo apresenta três ligações simples e uma ligação dupla. Estas ligações simples são denominadas de pontes, as quais se ligam a outras unidades de (PO4)3-. Já a ligação dupla seria com um átomo de oxigênio, sendo chama de “não ponte” [2]. A figura 1 mostra o esquema da estrutura bidimensional para um vidro fosfato.

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        Figura 2. Esquema da estrutura bidimensional para um vidro fosfato.

Fonte: ALMEIDA, 2006, p.8.        

Realizou-se dois procedimentos para obtenção dos vidros de fosfato. No primeiro experimento, o qual utilizou-se 2,60g de Na2CO3 e 5,70g de NH4H2PO4, era necessário a formação de um vidro de fosfato da cor azul.

Já o segundo experimento, onde utilizou-se do mesmo procedimento do experimento 1, alterou-se a massa do carbonato de sódio para 1,30g, mantendo-se a massa do Di-hidrogenofostato de amônio. Neste experimento, o produto final esperado era um vidro de fosfato transparente, porém luminescente.