Como o vidro é formado? Cientistas dizem ter resolvido este mistério

Por , em 6.07.2015

Uma equipe de cientistas conseguiu formar vidro a nível molecular e forneceu uma possível solução para um problema que tem desafiado a ciência há décadas. A simples teoria deverá abrir-se ao estudo de vidros para não especialistas e estudantes, bem como inspirar avanços em novos nanomateriais.

O artigo foi publicado por físicos da Universidade de Waterloo e da Universidade McMaster, ambas no Canadá, e da ESPCI ParisTech e da Université Paris Diderot, na França.

O vidro é muito mais do que aquele material que forma nossas garrafas e janelas. Na verdade, qualquer sólido sem uma estrutura ordenada e cristalina – como metal, plástico, ou um polímero – que forma uma massa líquida fundida quando aquecido acima de uma certa temperatura é um vidro. O vidro é um material essencial em tecnologia, produtos farmacêuticos, habitação, energia renovável e eletrônicos cada vez mais nano.

“Ficamos surpresos – e encantados – que o modelo acabou por ser tão simples”, conta um dos autores, o professor James Forrest. “Estávamos convencidos de que isso já tinha sido publicado”.

Moléculas em movimento

A teoria baseia-se em dois conceitos básicos: aglomeração molecular e movimento cooperativo. A aglomeração molecular descreve como moléculas dentro dos vidros se movem como pessoas em uma sala lotada. Conforme o número de pessoas aumenta, a quantidade de volume livre diminui e as pessoas mais lentas podem mover-se entre a multidão. As pessoas ao lado da porta são capazes de se mover mais livremente, assim como as superfícies dos vidros nunca realmente param de fluir, mesmo em temperaturas mais baixas.

Quanto mais lotado o ambiente, mais você deve confiar no movimento cooperativo com seus vizinhos para chegar onde você está indo.

Da mesma forma, as moléculas individuais dentro de um vidro não são capazes de se mover totalmente livres. Elas se movem com a ajuda de – ainda que sejam confinadas por – cordas de ligações moleculares fracas com seus vizinhos.

Nova abordagem

Teorias de aglomeração e movimento cooperativo possuem décadas de idade. Esta é a primeira vez que os cientistas combinaram ambas as teorias para descrever como um líquido se transforma em um vidro.

“A pesquisa sobre o vidro é normalmente reservada para especialistas em física da matéria condensada”, explica Forrest, que também é membro do corpo docente associado do Instituto Perimeter de Física Teórica e do Instituto Waterloo de Nanotecnologia. “Agora, toda uma nova geração de cientistas pode estudar e aplicar o vidro apenas usando cálculos básicos”.

A teoria prevê com sucesso tudo que envolve o assunto, desde o comportamento em massa até a superfície de fluxo, incluindo o fenômeno da própria transição vítrea. Forrest e seus colegas trabalharam por 20 anos para formular a teoria de acordo com décadas de observação de materiais vítreos.

Uma teoria precisa torna-se particularmente importante quando se tenta entender a dinâmica do vidro em nanoescala. Esta descoberta tem implicações para o desenvolvimento e fabricação de novos nanomateriais, como vidros com propriedades condutoras, ou até mesmo no cálculo da absorção de formas vítreas de produtos farmacêuticos. [Science Daily]

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