Os Materiais Não Cristalinos, Cerâmicos E Poliméricos

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ATIVIDADE DE PORTFÓLIO 03 – Aulas 04 e 05

Discente: Evelyn Lopes Freires

Materiais não cristalinos, cerâmicos e poliméricos

1. O que é uma cerâmica e quais as propriedades que a distingue de um metal?

R. Cerâmica compreende todos os materiais inorgânicos, não metálicos, obtidos geralmente após tratamento térmico em temperaturas elevadas, partindo de matérias-primas na forma de pós. Considerando as diferenças, os metais são normalmente combinações de elementos metálicos (por exemplos, ligas metálicas), possuem excelente condução eléctrica e de calor e têm aparência lustrosa; são fortes mas deformáveis; são extensivamente usados em aplicações estruturais, enquanto os cerâmicos são compostos que contêm elementos metálicos e não-metálicos (por exemplo, Al2O3, MgO); são fracos condutores de electricidade e calor; geralmente são duros e frágeis (quebradiços); e mais resistentes a altas temperaturas e ambientes agressivos do que os metais e os polímeros

1. O processo sol-gel é amplamente utilizado na produção de cerâmicas. Explique a diferença entre um sol e um gel.

R. A tecnologia sol-gel é considerada uma rota de síntese química adequada para o processamento de materiais cerâmicos a baixa temperatura, permitindo o controle da estrutura do material no nível nanométrico. De uma forma geral, o método se baseia nas reações de hidrólise e condensação, secagem e aquecimento, para uma posterior densificação do produto final obtido. Como resultado, o produto cerâmico gerado apresenta elevada homogeneidade, baixo nível de impurezas, temperatura de fabricação e custos operacionais baixos.

        De uma forma geral, o processo sol-gel envolve a produção de uma suspensão de um sólido em líquido (sol), seguida da remoção do líquido e, finalmente a densificação do sólido. A solução desejada (sol) – que, é formada de partículas sólidas, com um diâmetro de poucas dezenas ou centenas de nanômetros, suspensas em uma fase líquida - consiste de: a) composto formador de cerâmica ou precursor, b) solventes e, c) catalisadores. Esta solução é misturada e colocada para reagir. Em seguida, ocorrem reações de hidrólise e condensação, fazendo com que as partículas sólidas formem uma nova fase (gel), na qual um sólido macromolecular está imerso em uma fase líquida. Segue-se uma etapa de secagem do gel, onde a fase líquida é removida dos poros.

1. O composto GeS2 é uma cerâmica do tipo não-óxido que pode ser produzida por meio do processo sol-gel. Escreva a equação balanceada para a preparação do GeS2 a partir do tetraetoxigermânio, Ge(OCH2CH3)4, e H2S em um solvente orgânico.

1. O que são zeólitas? De onde provém a acidez desses materiais?

R. As zeólitas são estruturas tetraédricas que podem ser naturais (formadas a partir da reação entre rochas vulcânicas e água alcalina) ou sintetizadas em laboratório visando diferentes usos industriais, medicinais, na agropecuária, de tratamento de água/efluentes e até de remediação ambiental. A presença de sítios ácidos nas zeólitas permite a utilização das mesmas como catalisadores ácidos na indústria de refino de petróleo, como no processo de FCC. Sua atividade catalítica está intimamente relacionada com o número e tipo de sítios ácidos de Bronsted e Lewis existente na estrutura desses sólidos. Entretanto, a acidez advém principalmente dos sítios ácidos de Bronsted.

        Os sítios ácidos de Bronsted são formados devido a criação dos grupos hidroxilas no interior dos poros das zeólitas. Esse tipo de sítio é formado após a troca do íon de compensação, normalmente o Na+ , pelo íon amônio e posterior calcinação. Próximo aos sítios ácidos de Bronsted, também podem ser encontrados os sítios ácidos de Lewis, os quais podem ser formados durante a calcinação (>500°C) devido a desidroxilação dos sítios de Bronsted. Nessa temperatura os prótons são bastante móveis e podem ser perdidos na formação de moléculas de água.

1. Descreva o processo de produção do vidro. Utilize equações químicas.

As principais reações químicas que acontecem nos fornos regenerativos para produção do vidro incolor iniciam-se por volta, de 600°C, onde começa ocorrer à decomposição do carbonato duplo de cálcio e magnésio sendo equacionada da seguinte forma:

CaCO3.MgCO3(s) + calor → MgO(s) +CaO(s) + 2 CO2(g)

Ainda, nesta faixa de temperatura a sílica começa a reagir com o carbonato de sódio formando o silicato de sódio sendo que a transformação química ocorre com os reagentes no estado sólido e a formação de silicato de sódio sólido e gás carbônico. Segue-se a equação química:

SiO2(s) + Na2CO3(s) + calor→ Na2SiO3(s) + CO2(g)

Por volta, de 800°C, começa a decomposição do carbonato de cálcio com a formação do óxido de cálcio e gás carbônico. A equação termoquímica representada é uma reação endotérmicos sendo necessários 177,5 kJ para decomposição de um mol de carbonato de cálcio:

CaCO3(s) + calor→ CaO(s) + CO2(g)∆H = 177,5 kJ/mol

Na faixa, de 850°C, a sílica reage com parte do carbonato de sódiodesta vez, com a formação de líquido, Na2SiO3. A fusão do sulfato de sódio acontece a seguir, em 880°C, com a formação do óxido de sódio e do gás trióxido de enxofre sendo a transformação química assim equacionada: