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de Quartzo, fundidos de quartzo, vidro de quartzo, sílica, sílica fundida… a lista de termos usados para descrever os diversos à base de sílica materiais é longo, confuso, e muitas vezes incompreendido. Neste artigo, examinamos atentamente as propriedades únicas do quartzo e da sílica fundida (e alguns materiais relacionados) e esclarecemos a confusão em torno desses Termos.

quartzo vs. Sílica

a primeira coisa importante a saber sobre quartzo e sílica fundida é que ambos consistem principalmente no mesmo ingrediente: sílica, também conhecida como dióxido de silício. A sílica tem a fórmula química SiO2 e é o principal constituinte da maioria dos tipos de vidro. A principal forma em que a sílica é encontrada na natureza é o quartzo mineral: um material cristalino duro e transparente que compõe uma fração apreciável da crosta terrestre. Enquanto o quartzo consiste principalmente em sílica, ele também contém impurezas que ocorrem naturalmente em várias proporções, dependendo de sua origem geológica.

portanto, a sílica é um composto químico específico, dióxido de silício, com a fórmula química SiO2. Por outro lado, o quartzo é um mineral cristalino que ocorre naturalmente, que consiste principalmente em sílica, mas contém algumas impurezas.

sólidos cristalinos e amorfos

para entender completamente as diferenças entre diferentes materiais à base de sílica, primeiro precisamos revisar as diferenças fundamentais entre sólidos cristalinos e sólidos amorfos.

a distinção se resume a como os átomos são dispostos dentro dos sólidos. Em um sólido cristalino, os átomos constituintes são dispostos em padrões regulares e repetidos conhecidos como redes de cristal. O quartzo é um exemplo de um material à base de sílica cristalina: átomos de silício e oxigênio são dispostos em uma estrutura ordenada bem definida.No entanto, em um sólido amorfo, os átomos não têm ordem de longo alcance. O arranjo aparentemente aleatório de moléculas em um sólido amorfo se assemelha ao de um líquido, exceto que elas são fixadas no lugar e não se movem. A maioria dos materiais que pensamos como “vidro” são sólidos amorfos: na verdade, qualquer material com uma estrutura atômica amorfa pode ser descrito como”vítreo”. Se os átomos estão dispostos de forma ordenada ou orientados aleatoriamente podem influenciar profundamente as características de um material. Um dos exemplos mais marcantes é o efeito de transição vítrea exibido por sólidos amorfos. Fora do mundo da sílica ou de outros materiais à base de óxido, os metais “vítreos” desordenados são freqüentemente usados por suas características mecânicas incomuns em comparação com os metais convencionais.1

materiais À Base de sílica-como o quartzo – podem ser caracterizados tanto em termos de sua composição química quanto se são cristalinos ou amorfos.

definindo materiais À Base de Sílica

agora que revisamos alguns fundamentos importantes, podemos definir as diferenças entre quartzo, sílica fundida e outros materiais à base de sílica.

quartzo

como mencionado anteriormente, o quartzo é a principal forma na qual a sílica ocorre na natureza. O quartzo é um sólido cristalino; assim, embora possa se assemelhar ao vidro tanto em termos de aparência quanto de maquiagem química, ele tem propriedades muito distintas do vidro.

aplicações industriais de quartzo (isto é, o mineral cristalino) são limitadas, mas incluem osciladores de cristal de quartzo em sistemas eletrônicos – mais familiarmente em relógios de pulso.

talvez confusamente, “quartzo sintético” pode ser fabricado para aplicações industriais de quartzo. Isso talvez seja mais conhecido como sílica cristalina, mas é frequentemente referido simplesmente como “quartzo.”

sílica fundida e quartzo fundido

aqui, a palavra “fundido” refere-se a uma etapa de processamento: A sílica fundida é sílica nominalmente pura que foi derretida e resfriada para formar um sólido vítreo e amorfo. A sílica fundida se assemelha a outros óculos de várias maneiras; mas não contém aditivos. A sílica fundida é um material especializado com várias aplicações de alto desempenho.

os Termos “sílica fundida” e “quartzo fundido” são frequentemente usados de forma intercambiável. Mais precisamente, “quartzo fundido” refere-se a um sólido amorfo formado pela fusão de quartzo natural. Assim, enquanto a sílica fundida é ostensivamente pura SiO2, o quartzo fundido contém impurezas dependendo do quartzo que foi usado.

Vidro de sílica e Vidro De Quartzo

esses termos são normalmente usados em um sentido mais genérico e geralmente podem ser considerados intercambiáveis. Ambos os termos podem se referir a sílica fundida ou quartzo fundido.

aplicações de Sílica Fundida

enquanto a sílica fundida é quimicamente semelhante ao quartzo, sua estrutura amorfa lhe confere uma série de propriedades térmicas, mecânicas e elétricas distintas e altamente desejáveis.

os óculos geralmente contêm aditivos como álcalis, alcalino – terrosos ou outros óxidos para diminuir a temperatura de processamento (fusão) do vidro e melhorar as propriedades químicas e físicas-mas a sílica fundida é muito pura. Consequentemente, tem temperaturas de trabalho mais altas, mas oferece características diferentes de outros óculos.

a sílica fundida tem um coeficiente de expansão térmica muito baixo, o que significa que não se expande ou contrai muito quando aquecida ou resfriada. Como resultado, a sílica fundida é altamente resistente a choques térmicos e pode suportar aquecimento ou resfriamento muito rápido sem rachaduras. As características térmicas da sílica fundida a tornam altamente valiosa para componentes industriais de alta temperatura, como cadinhos, bandejas e barcos para fabricação de aço e vidro.2

a sílica fundida é transparente para um espectro muito amplo de luz, estendendo-se do ultravioleta profundo ao infravermelho distante. Isso o torna um componente-chave em fibras ópticas, bem como em uma variedade de lentes, espelhos e outras ópticas transmissoras de UV ou IR.3,4

a sílica fundida também é extremamente quimicamente inerte e resistente à maioria dos ácidos (com a notável exceção do ácido fluorídrico). Esta inércia química empresta sílica fundida a aplicações biomédicas, muitas vezes assumindo a forma de sílica porosa.

a combinação de estabilidade térmica, transparência e resistência torna a sílica fundida um forte candidato para aplicações novas e em desenvolvimento, como substratos de fotolitografia, circuitos de microondas gravados e como camada protetora em dispositivos semicondutores.

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referências e outras leituras

1. Conjunto De Metal vítreo para rivalizar com steel: Nature News. https://www.nature.com/news/2011/110109/full/news.2011.4.html.
2. Vert, T. seleção de materiais refratários para siderurgia. (John Wiley & Filhos, 2016).
3. Khalaf, A. L., Shabaneh, A. A. A. & Yaacob, M. H. Nanotubos de carbono e aplicações de óxido de grafeno em sensores Optoquímicos. em síntese, tecnologia e aplicações de nanomateriais de carbono 223-246 (Elsevier, 2019). doi:10.1016/B978-0-12-815757-2.00010-3.
4. Wang, S., Zhou, C., Zhang, Y. & Ru, h. grades de transmissão de Sílica Fundida De Alta densidade com alta eficiência em um comprimento de onda de 1550 nm. Appl. Optar. 45, 2567 (2006).