O documento descreve a história e os tipos de vidro, incluindo vidros sodo-cálcicos, ao chumbo, borossilicatos e alumino-borossilicatos. Também discute propriedades como estrutura, temperamento e reforço químico, além de propriedades gerais do vidro e sua variação com a composição.

1. TRABALHO DE MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO VIDROS Ana Lúcia S. Silva Profº:Rosenberg

2. HISTÓRIA DO VIDRO Os povos que disputam a primazia da invenção do vidro são os fenícios e os egípcios. Os fenícios contam que, ao voltarem à pátria, do Egito, pararam em Sidom. Chegados às margens do rio Belus, pousaram os sacos que traziam às costas, que estavam cheios de trona. A trona é carbonato de sódio natural, que eles usavam para tingir lã. Acenderam o fogo com lenha, e empregaram os pedaços mais grossos de trona para neles apoiar os vasos onde deveriam cozer os animais caçados. Depois comeram e deitaram-se; adormeceram e deixaram o fogo aceso. Quando despertaram, ao amanhecer, em lugar das pedras de trona encontraram blocos brilhantes e transparentes, que pareciam enormes pedras preciosas.

4. HISTÓRIA DO VIDRO Os fenícios caíram de joelhos, acreditando que, durante a noite, algum gênio desconhecido realizara aquele milagre, mas o sábio Zelu, chefe da caravana, percebeu que, sob os blocos de trona também a areia desaparecera. Os fogos foram então reacesos e, durante a tarde, uma esteira de líquido rubro e fumegante escorreu das cinzas. Antes que a areia incandescente se solidificasse, Zelu tocou, com uma faca, aquele líquido e lhe conferiu uma forma que embora aleatória era maravilhosa, arrancando gritos de espanto dos mercadores fenícios. O vidro estava descoberto.

5. HISTÓRIA DO VIDRO Até 1500 a.C., o vidro tinha pouca utilidade prática e era empregado principalmente como adorno. A partir desta época no Egito iniciou-se a produção de recipientes. Por volta de 300 a.C., uma grande descoberta revolucionou o vidro: o sopro, que consiste em colher uma pequena porção do material em fusão com a ponta de um tubo (o vidro fundido é viscoso como o mel) e soprar pela outra extremidade, de maneira a se produzir uma bolha no interior da massa que passará a ser a parte interna do embalagem. A partir daí ficou mais fácil a obtenção de frascos e recipientes em geral. E para termos noção da importância desta descoberta, basta dizer que ainda hoje, mais de 2000 anos depois, se utiliza o princípio do sopro para moldar embalagens mesmo nos mais modernos equipamentos.

6. “O sopro” utilizado para produzir frascos de vidro e recipientes em geral.

7. O VIDRO O componente básico do vidro de soda-cal é a sílica. Entretanto, os problemas de manufatura têm historicamente levado à introdução de outros materiais para facilitar a produção e melhorar a qualidade.

10. CICLO DO VIDRO

11. CARACTERÍSTICAS DO VIDRO Sob a ampla denominação genérica de vidros ou de corpos vítreos, está compreendida uma grande variedade de substâncias que, embora à temperatura ambiente tenham a aparência de corpos sólidos proporcionada por sua rigidez mecânica, não podem se considerar como tais, já que carecem da estrutura cristalina que caracteriza e define o estado sólido. Se pela estabilidade de sua forma os vidros podem assimilar-se a sólidos, do ponto de vista estrutural suas semelhanças são muito menos evidentes. Este fato que constitui uma limitação para incluir os vidros entre os sólidos, por outro lado resulta insuficiente para autorizar a aceitá-los como líquidos, ainda que possa justificar a designação de líquidos de viscosidade infinita, que em muitas vezes é aplicado.

12. ESTRUTURA Vidros silicatos, assim como minerais, não são compostos por moléculas discretas, mas por redes conectadas tridimensionalmente. A unidade básica da rede de sílica é o tetraedro silício-oxigênio (figura 1), no qual um átomo de silício está ligado a quatro átomos de oxigênio maiores. Os átomos de oxigênio se dispõem espacialmente, formando um tetraedro. A outra figura corresponde a estrutura da sílica vítrea. Figura 1: unidade básica da rede sílica Sílica Vítrea

13. TIPOS DE VIDRO Existem infinitas formulações de vidros em função da aplicação, processo de produção e disponibilidade de matérias-primas. Porém, podemos dividir os vidros em famílias principais que veremos a seguir.

16. SÍLICA VÍTREA Este vidro pode ser preparado, aquecendo-se areia de sílica ou cristais de quartzo até uma temperatura acima do ponto de fusão da sílica, 1725 ºC. Por causa da sua natureza de rede tridimensional, tanto para a sílica cristalina como a vítrea, o processo de fusão é muito lento. O vidro resultante é tão viscoso que qualquer bolha de gás formada durante o processo de fusão não se liberta, por si só, do banho. A Sílica vítrea é usado idealmente para janelas de veículos espaciais, espelhos astronômicos, e outras aplicações aonde são exigidas baixa expansão térmica a fim de se ter resistência a choques térmicos ou estabilidade dimensional. Devido à extrema pureza obtida pelo processo de deposição de vapor, sílica vítrea é utilizada para produção de fibras óticas.

17. Sílica Vítrea que é preparada aquecendo partículas de areia de sílica ou cristais de Quartzo.

18. SILICATOS ALCALINOS Os óxidos alcalinos são normalmente incorporados nas composições dos vidros como carbonatos. Acima de 550 oCos carbonatos reagem com a sílica formando um líquido silicosoe, se a proporção de carbonato alcalino e sílica for adequada, formará um vidro com o resfriamento. Ainda que estas reações aconteçam abaixo do ponto de fusão da sílica, tecnólogos vidreiros referem-se a este processo como fusão.

19. SILICATOS ALCALINOS A adição de alcalinos diminuem a resistência química do vidro. Com altas concentrações de álcalis, o vidro será solúvel em água, formando a base da indústria de silicatos solúveis utilizados em adesivos, produtos de limpeza e películas protetoras.

20. Silicatos Alcalinos utilizados na confecção de garrafas e partículas microscópicas da estrutura dos silicatos alcalinos.

21. VIDROS SODO-CÁLCICOS Para reduzir a solubilidade dos vidros de silicatos alcalinos mantendo-se a facilidade de fusão, são incluídos na composição, fluxos estabilizantes no lugar de fluxos alcalinos. O óxido estabilizante mais utilizado é o de cálcio, muitas vezes junto com óxido de magnésio. Estes vidros são comumente chamados de sodo-cálcicos. Eles compreendem, de longe, a família de vidros mais antiga e largamente utilizada. Vidros sodo-cálcicos foram usados pelos antigos egípcios, enquanto hoje em dia constituem a maior parte das garrafas, frascos, potes, janelas, bulbos e tubos de lâmpadas.

22. VIDROS SODO-CÁLCICOS As composições da maioria dos vidros sodo-cálcicos estão dentro de uma faixa estreita de composição. Eles contêm, normalmente, entre 8 e 12 por cento em peso de óxido de cálcio e de 12 a 17 por cento de óxido alcalino (principalmente óxido de sódio). Muito cálcio faz com que o vidro tenha tendência a devitrificar (cristalizar) durante o processo de produção. Muito pouco cálcio ou alto teor em alcalinos resulta um vidro com baixa durabilidade química.

23. Vidro sodo-cálcico que difere dos demais tipos de vidro por apresentar óxido de cálcio utilizado como estabilizante para manter a facilidade de fusão, especialmente para reduzir a solubilidade dos silicatos alcalinos.

24. Exemplo de vidro do tipo sodo-cálcico

25. VIDROS AO CHUMBO O óxido de chumbo é, normalmente, um modificador de rede, mas em algumas composições pode, aparentemente, atuar como um formador de rede. Vidros alcalinos ao chumbo têm uma longa faixa de trabalho (pequena alteração de viscosidade com diminuição de temperatura), e, desta maneira têm sido usados por séculos para produção de artigos finos de mesa e peças de arte. Vidro ao chumbo é o vidro nobre aplicado em copos e taças finas conhecido como cristal, termo ambíguo pois, já sabemos que o vidro não é um material cristalino.

26. O chumbo também confere ao vidro um maior índice de refração, incrementando seu brilho.

27. O vidro ao chumbo também é utilizado em obras artísticas por apresentarem pequena alteração de viscosidade coma diminuição da temperatura.

28. VIDROS BOROSSILICATOS Devido a isso, este é freqüentemente usado como fluxo em substituição aos óxidos alcalinos. Já que íons formadores de rede, aumentam muito menos o coeficiente de expansão térmica do que íons modificadores de rede, o óxido de boro é freqüentemente utilizado como agente fluxante em vidros comerciais, nos quais se deseja resistência ao choque térmico.

29. VIDROS BOROSSILICATOS Devido à menor quantidade de óxidos modificadores, além da resistência ao choque térmicos vidros borossilicatos são também muito resistentes ao ataque químico e por isso são utilizados em vários equipamentos de laboratório.

30. VIDROS ALUMINO-BOROSSILICATOS Quando se adiciona alumina (óxido de alumínio) em uma formulação de vidro silicato alcalino, o vidro se torna mais viscoso em temperaturas elevadas. Em vidros ao silicato, a alumina é um formador de rede (embora sozinha não forme vidro em condições normais) e assume uma coordenação tetraédrica similar à sílica. Sendo o alumínio trivalente, em contraste com o silício que é tetra-valente, a coordenação tetraédrica da alumina diminui o número de oxigênios não-pontantes, o que aumenta a coesão da estrutura do vidro. Como conseqüência, vidros alumino-silicatos comerciais podem ser aquecidos a temperaturas superiores sem deformação, comparativamente a vidros sodo-cálcicos ou à maioria dos borossilicatos.

31. Vidros alumino-borossilicatossão utilizados em tubos de combustão, fibras de reforço, vidros com alta resistência química e vitro-cerâmicos.

32. VIDROS COM LÂMINAS (IMPRESSOS) Os vidros com lâmina distinguem-se dos vidros planos em razão do seu método de manufatura, antes dos materiais que o contêm. Apesar disso esta é uma importante família a se considerar, envolvendo a modificação de uma ou ambas superfícies durante o processo de laminação, eles compreendem um grupo de vidros no qual a natureza da transparência é alterada: distorções na superfície alteram o padrão de transmissão da radiação por refracção, e resulta em obscuraçõesvisuais. O desenvolvimento recente no desenho e manufatura de padrões abriram uma nova gama de produtos.

33. Vidros com lâminas convencionais incluem os seguintes produtos: • Vidro Natural: Este é um produto laminado com ou sem uma forma padrão, produzido pelo processo de laminação simples porque é opticamente plano, superfícies paralelas não são exigidas. O padrão, se existe um, aparece em uma superfície somente. • Vidro Ornamental: Esta categoria cobre o grupo de vidros desenhados para obscurecer tanto para efeito decorativo como para alta dispersão e redução do brilho ofuscante. • Vidro “Greenhouse”: Essa é uma forma mais precisa, com uma superfície especialmente desenhada para dispersar eventualmente a radiação solar.

34. Vidro Aramado: Esse usa métodos de laminação para implantar uma malha de arame no vidro para sustentá-lo junto no caso de quebra, por dano mecânico ou fogo. Pode ser natural ou polido. Tradicionalmente vidros aramados tem tido um lugar importante no projeto de edifícios, sendo um produto que foi cedo considerado conveniente para certos locais de risco. Vidro em Perfil: A forma mais comum de perfil é produzida em “U”, que tem a vantagem de ser auto-portante. Esses vidros são geralmente translúcidos, antes de transparentes, dando a natureza dispersiva da superfície criada durante a manufactura.

35. VIDROS TEMPERADOS Endurecido, ou temperado, é uma das duas maneiras geralmente usadas para melhorar a resistência do vidro, ao mesmo tempo alterando as suas características de quebra. Os termos diferem nas diferentes partes do mundo, mas uma distinção é geralmente feita entre o temperado (totalmente temperado) e o semi-temperado. O temperado é necessário para dar uma força genuína ao produto; o semi-temperado é usado para aumentar a resistência ao esforço térmico.

36. VIDRO ANTI REFLETIVO A reflexão da luz golpeando perpendicularmente a superfície do vidro é de cerca de quatro porcento, e essa aumenta a medida em que o ângulo torna-se oblíquo. A necessidade de boa visão através de um vidro ininterrupta pela reflexão na superfície é usualmente requerida por vidros de gravuras. Existe, entretanto, muitas aplicações onde tal vista é uma vantagem, ou essencial como em lentes e óptica.

37. VIDROS QUIMICAMENTE REFORÇADOS Esses vidros são produzidos substituindo íons pequenos da zona superficial do vidro por íons grandes, assim colocando a superfície sob compressão como nos vidros temperados. O processo é muito lento e mais indicado para vidros muito finos que não podem ou são muito difíceis de serem temperados. O uso corrente é de lentes ópticas reforçadas e lâmpadas elétricas.

39. PROPRIEDADES DO VIDRO A variação das propriedades com a composição pode ser avaliada, com certa aproximação, em função da concentração dos componentes, mediante expressões lineares nas quais intervêm fatores de proporcionalidade obtidos experimentalmente para cada óxido e para cada propriedade. Entretanto, deve-se advertir que as faixas de aplicação destas fórmulas aditivas são mais ou menos restritas, já que perdem sua validade quando as mudanças de composição provocam mudanças estruturais no vidro, ou dêem lugar a interação entre seus componentes.

40. VISCOSIDADE A viscosidade de um vidro é uma de suas mais importantes propriedades sob o ponto de vista da tecnologia empregada na elaboração e conformação do vidro. Ela determina as condições de fusão, temperaturas de trabalho e recozimento, comportamento na afinagem (remoção de bolhas do banho), temperatura máxima de utilização e taxa de devitrificação. A viscosidade varia enormemente com a composição e temperatura.

41. RESISTÊNCIA MECÂNICA O vidro é um material frágil, porém não fraco. Ele tem grande resistência à ruptura, podendo mesmo ser utilizado em pisos, é duro e rígido, porém não tenaz não sendo apropriado para aplicações sujeitas a impactos. O vidro na região elástica se comporta como o aço. Quando a tensão cessa ele volta ao formato original. Porém o vidro não se deforma plasticamente à temperatura ambiente e ao passar seu limite de resistência se rompe catastroficamente. Em outras palavras o vidro não avisa que vai se romper. Ele simplesmente se rompe. Seu limite de resistência é igual ao limite de ruptura.

43. RESISTÊNCIA AO CHOQUE TÉRMICO O vidro é um material mal condutor de calor, isto é, se por exemplo em um dos lados de uma vidraça se aquece, a face do vidro deste lado esquenta porém o calor leva um certo tempo até atravessar a espessura e aquecer a outra face, pois o vidro oferece resistência à passagem do calor. Portanto quando colocamos um líquido quente dentro de um copo a superfície do vidro em contato com a água se aquece e se dilata. Enquanto isto a superfície externa ainda esta fria e não .quer. se dilatar. Como resultado gera-se tensões de tração na superfície fria externa, e se este valor for acima do que o vidro pode suportar ele vai quebrar. Desta maneira podemos afirmar que a capacidade de resistir a choques térmicos é inversamente proporcional a quanto o vidro se dilata quando aquecido. Ou seja quanto maior for a dilatação térmica, menor será a resistência do vidro a mudanças bruscas de temperatura.

44. DURABILIDADE QUÍMICA Entre as principais características do vidro destaca-se sua elevada durabilidade química. Não obstante suas boas qualidades, nem os melhores vidros (por ex. o de SiO2) podem ser considerados rigorosamente inertes. Portanto todos os vidros sofrem alterações superficiais quando colocados em contato com uma solução aquosa.

45. COMO O VIDRO É USADO NA CONSTRUÇÃO CIVIL

49. ARQUITETURA DE VIDROS PARA TEATROS