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Vitrificação

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Vitrificação é a transformação total ou parcial de uma substância em um vidro,[1] ou seja, um sólido não cristalino ou amorfo. Os vidros diferem estruturalmente dos líquidos e possuem um maior grau de conectividade com a mesma dimensionalidade de ligações de Hausdorff que os cristais: H escuro = 3.[2] Na produção de cerâmicas, a vitrificação é responsável pela sua impermeabilidade à água.[3]

Em termos químicos, a vitrificação é característica de materiais amorfos ou sistemas desordenados e ocorre quando a ligação entre partículas elementares (átomos, moléculas, blocos formadores) se torna maior que um certo valor limite.[4] As flutuações térmicas quebram as ligações; portanto, quanto menor a temperatura, maior o grau de conectividade. Por isso, materiais amorfos têm uma temperatura limite característica denominada temperatura de transição vítrea (Tg): abaixo de Tg os materiais amorfos são vítreos, enquanto acima de Tg eles são fundidos.

A vitrificação geralmente é obtida aquecendo os materiais até que eles se liquefaçam e, em seguida, resfriando o líquido, geralmente rapidamente, para que ele passe pela transição vítrea e forme um sólido vítreo. Certas reações químicas também resultam em vidros. Um estudo sugere[5][6][7][8] durante a erupção do Monte Vesúvio em 79 d.C., o cérebro de uma vítima foi vitrificado pelo calor extremo das cinzas vulcânicas; no entanto, isso tem sido fortemente contestado.[9]

As aplicações mais comuns são na fabricação de cerâmica, vidro e alguns tipos de alimentos, mas há muitas outras, como a vitrificação de um líquido semelhante ao anticongelante na criopreservação. Em um sentido diferente da palavra, a incorporação de material dentro de uma matriz vítrea também é chamada de vitrificação. Uma aplicação importante é a vitrificação de resíduos radioativos para obter uma substância considerada mais segura e estável para descarte.

Aplicações

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Quando a sacarose é resfriada lentamente, ela resulta em açúcar cristal, mas quando resfriada rapidamente, pode formar algodão doce xaroposo (algodão doce).

A vitrificação também pode ocorrer em um líquido como a água, geralmente por meio de resfriamento muito rápido ou pela introdução de agentes que suprimem a formação de cristais de gelo . Isso contrasta com o congelamento comum, que resulta na formação de cristais de gelo. A vitrificação é usada na microscopia crioeletrônica para resfriar amostras tão rapidamente que elas podem ser visualizadas com um microscópio eletrônico sem danos.[10][11] Em 2017, o prêmio Nobel de química foi concedido pelo desenvolvimento desta tecnologia, que pode ser usada para obter imagens de objetos como proteínas ou partículas de vírus.[12]

A vitrificação é usada no descarte e armazenamento de longo prazo de resíduos nucleares ou outros resíduos perigosos[13] em um método chamado geofusão. Os resíduos são misturados com produtos químicos formadores de vidro em um forno para formar vidro fundido que então se solidifica em recipientes, imobilizando assim os resíduos. A forma final do resíduo se assemelha à obsidiana e é um material durável e não lixiviante que retém efetivamente os resíduos em seu interior. É amplamente assumido que tais resíduos podem ser armazenados por períodos relativamente longos nesta forma sem preocupação com contaminação do ar ou das águas subterrâneas. A vitrificação em massa usa eletrodos para derreter solo e resíduos onde eles ficam enterrados. Os resíduos endurecidos podem então ser desenterrados com menos risco de contaminação generalizada. De acordo com o Pacific Northwest National Labs, "a vitrificação bloqueia materiais perigosos em uma forma de vidro estável que durará milhares de anos".[14]

Cerâmica

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Vitrificação é a fusão parcial progressiva de uma argila, ou de um corpo, como resultado de um processo de queima. À medida que a vitrificação prossegue, a proporção de ligação vítrea aumenta e a porosidade aparente do produto queimado torna-se progressivamente menor.[3] Os corpos vítreos têm porosidade aberta e podem ser opacos ou translúcidos. Neste contexto, "porosidade zero" pode ser definida como menos de 1% de absorção de água. Entretanto, vários procedimentos padrão definem as condições de absorção de água. Um exemplo é o da ASTM, que afirma: "O termo vítreo geralmente significa menos de 0,5% de absorção, exceto para pisos e revestimentos cerâmicos e isolantes elétricos de baixa tensão, que são considerados vítreos com até 3% de absorção de água."

A cerâmica pode ser tornada impermeável à água por meio de esmaltação ou vitrificação. Porcelana e louças sanitárias são exemplos de cerâmica vitrificada e são impermeáveis mesmo sem esmalte. O grés pode ser vitrificado ou semi-vitrificado; este último tipo não seria impermeável sem esmalte.[3]

Criopreservação

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A vitrificação na criopreservação é usada para preservar, por exemplo, óvulos humanos (oócitos) e embriões. Previne a formação de cristais de gelo e é um processo muito rápido: -23.000 °C/min. Muitas plantas lenhosas que vivem em regiões polares vitrificam naturalmente suas células para sobreviver ao frio. Alguns podem sobreviver à imersão em nitrogênio líquido e hélio líquido.[15] A vitrificação também pode ser usada para preservar espécies de plantas ameaçadas de extinção e suas sementes. Por exemplo, sementes recalcitrantes são consideradas difíceis de preservar. A solução de vitrificação de plantas (PVS), uma das aplicações da vitrificação, preservou com sucesso sementes de Nymphaea caerulea.[16]

Ver também

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Referências

  1. ↑ Varshneya, A. K. (2006). Fundamentals of Inorganic Glasses. Sheffield: Society of Glass Technology 
  2. ↑ Richet, Pascal (2021). Encyclopedia of glass science, technology, history, and culture. Hoboken, New Jersey: American Ceramic Society. ISBN 978-1-118-79949-9. OCLC 1228229824 
  3. ↑ a b c Dodd, Arthur; Murfin, David (1994). Dictionary of Ceramics 3rd ed. London: Institute of Minerals. ISBN 0901716561 
  4. ↑ Ojovan, M. I.; Lee, W. E. (2010). «Connectivity and glass transition in disordered oxide systems». Journal of Non-Crystalline Solids. 356 (44–49): 2534–2540. Bibcode:2010JNCS..356.2534O. doi:10.1016/j.jnoncrysol.2010.05.012 
  5. ↑ Petrone, Pierpaolo; Pucci, Piero; Niola, Massimo; Baxter, Peter J.; Fontanarosa, Carolina; Giordano, Guido; et al. (2020). «Heat-Induced Brain Vitrification from the Vesuvius Eruption in C.E. 79». The New England Journal of Medicine. 382 (4): 383–384. PMID 31971686. doi:10.1056/NEJMc1909867Acessível livremente 
  6. ↑ Petrone, Pierpaolo; Pucci, Piero; Niola, Massimo; Baxter, Peter J.; Fontanarosa, Carolina; Giordano, Guido; et al. (23 de janeiro de 2020). «Supplementary Appendix to: Petrone P, Pucci P, Niola M, et al. Heat-induced brain vitrification from the Vesuvius eruption in c.e. 79» (PDF). The New England Journal of Medicine. 382 (4): 383–384. PMID 31971686. doi:10.1056/NEJMc1909867Acessível livremente. Consultado em 13 de setembro de 2020 
  7. ↑ Pinkowski, Jennifer (23 de janeiro de 2020). «Brains Turned to Glass? Suffocated in Boathouses? Vesuvius Victims Get New Look». The New York Times. Consultado em 13 de setembro de 2020 
  8. ↑ «Mount Vesuvius eruption: Extreme heat 'turned man's brain to glass'». BBC News. BBC. 23 de janeiro de 2020. Consultado em 24 de janeiro de 2020 
  9. ↑ Morton-Hayward, Alexandra L.; Thompson, Tim; Thomas-Oates, Jane E.; Buckley, Stephen; Petzold, Axel; Ramsøe, Abigail; O’Connor, Collins; O’Connor, Matthew J. (2020). «A conscious rethink: Why is brain tissue commonly preserved in the archaeological record? Commentary on: Petrone P, Pucci P, Niola M, et al. Heat-induced brain vitrification from the Vesuvius eruption in C.E. 79. N Engl J Med 2020;382:383-4. DOI: 10.1056/NEJMc1909867». TSTAR: Science & Technology of Archaeological Research. 6 (1): 87–95. Bibcode:2020STAR....6...87M. doi:10.1080/20548923.2020.1815398Acessível livremente 
  10. ↑ Dubochet, J.; McDowall, A.W. (Dezembro de 1981). «Vitrification of pure water for electron microscopy». Journal of Microscopy. 124 (3): 3–4. doi:10.1111/j.1365-2818.1981.tb02483.xAcessível livremente 
  11. ↑ Dubochet, J. (Março de 2012). «Cryo-EM-the first thirty years». Journal of Microscopy. 245 (3): 221–224. PMID 22457877. doi:10.1111/j.1365-2818.2011.03569.x 
  12. ↑ «Nobel Prize in Chemistry Awarded for Cryo-Electron Microscopy». The New York Times. 4 de outubro de 2017. Consultado em 4 de outubro de 2017 
  13. ↑ Ojovan, Michael I.; Lee, William E. (2011). «Glassy wasteforms for nuclear waste immobilization». Metallurgical and Materials Transactions A. 42 (4): 837–851. Bibcode:2011MMTA...42..837O. doi:10.1007/s11661-010-0525-7Acessível livremente 
  14. ↑ «Waste Form Release Calculations for the 2005 Integrated Disposal Facility Performance Assessment» (PDF). PNNL-15198. Pacific Northwest National Laboratory. Julho de 2005. Consultado em 8 de novembro de 2006 
  15. ↑ Strimbeck, GR; Schaberg, PG; Fossdal, CG; Schröder, WP; Kjellsen, TD (2015). «Extreme low temperature tolerance in woody plants.». Frontiers in Plant Science. 6. 884 páginas. PMC 4609829Acessível livremente. PMID 26539202. doi:10.3389/fpls.2015.00884Acessível livremente 
  16. ↑ Lee, Chung-Hao (2016). Cryopreservation of seeds of blue waterlily (Nymphaea caerulea) using glutathione adding plant vitrification solution, PVS+ / 埃及藍睡蓮種子的冷凍保存 — 使用添加穀胱甘肽的植物抗凍配方 (PDF) (em inglês). [S.l.]: National Tsing Hua University. OCLC 1009363362 

Bibliografia

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