{"id":4938,"date":"2018-08-09T17:15:37","date_gmt":"2018-08-09T20:15:37","guid":{"rendered":"https:\/\/gustavoassisceramicas.com.br\/?p=4938"},"modified":"2023-09-27T11:22:03","modified_gmt":"2023-09-27T14:22:03","slug":"teoria-dos-esmaltes-parte-ii","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/gustavoassisceramicas.com.br\/en\/teoria-dos-esmaltes-parte-ii\/","title":{"rendered":"Teoria dos Esmaltes – Parte II"},"content":{"rendered":"
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Dando continuidade ao estudo, posto hoje sobre a teoria dos esmaltes com \u00eanfase nos elementos qu\u00edmicos. \u00c9 um texto t\u00e9cnico e requer conhecimento b\u00e1sico de qu\u00edmica. Mas vou come\u00e7ar explicando tudo desde o in\u00edcio para que o conhecimento fique bem claro. Se sentirem enfadonho, podem pular os par\u00e1grafos que tem texto mais espec\u00edfico para o ceramista do meio para o final do post. Se algu\u00e9m tiver d\u00favida, \u00e9 s\u00f3 fazer pergunta no campo de coment\u00e1rios no final deste post.<\/p>\n<\/p>\n

Os Elementos Qu\u00edmicos<\/h2>\n<\/p>\n

O big-bang, que marcou o in\u00edcio de nosso universo, criou toda a mat\u00e9ria. Por\u00e9m, essa mat\u00e9ria se transforma dentro das fornalhas at\u00f4micas, no interior das estrelas. Elementos qu\u00edmicos com seus pesos at\u00f4micos baixos, como o hidrog\u00eanio, s\u00e3o fundidos em elementos como o h\u00e9lio em estrelas do tamanho do nosso sol. Mas, elementos mais pesados como chumbo e ur\u00e2nio s\u00e3o criados em explos\u00f5es de estrelas supermassivas quando tornam-se supernovas. Os resqu\u00edcios destas explos\u00f5es formam as poeiras c\u00f3smicas, nebulosas, que eventualmente se aglutinam formando novas estrelas e planetas. Como dizia o cientista Carl Sagan: “N\u00f3s somos todos feitos de poeiras de estrelas”.<\/p>\n<\/p>\n

Hoje em dia, sabemos que existem mais de 90 elementos qu\u00edmicos que ocorrem naturalmente. N\u00f3s, ceramistas, estamos mais interessados nos elementos que est\u00e3o na crosta terrestre pois s\u00e3o eles que comp\u00f5em as argilas e os esmaltes. Os mais abundantes s\u00e3o o oxig\u00eanio (sigla O), sil\u00edcio (Si) e alum\u00ednio (Al). O oxig\u00eanio em sua forma molecular (O2 e O3) \u00e9 um g\u00e1s mas na crosta terrestre ele \u00e9 abundante na composi\u00e7\u00e3o dos minerais pela sua incr\u00edvel capacidade de se ligar a quase qualquer outro elemento formando \u00f3xidos (mais tarde trato disso).<\/p>\n<\/p>\n

Al\u00e9m desses tr\u00eas elementos, temos tamb\u00e9m o ferro (Fe), c\u00e1lcio (Ca), s\u00f3dio (Na), pot\u00e1ssio (K) e magn\u00e9sio (Mg) em abund\u00e2ncia na crosta terrestre.<\/p>\n<\/p>\n

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fonte: folhadaciencia.wordpress.com\/<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/p>\n
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A Estrutura dos \u00c1tomos<\/h2>\n<\/p>\n

O modelo at\u00f4mico atual \u00e9 muito complexo mas para n\u00f3s vale dizer que o pr\u00f3ton (carga positiva) e o n\u00eautron (neutro) est\u00e3o no centro do \u00e1tomo (n\u00facleo) e que o el\u00e9tron (carga negativa) orbita ao redor desse centro. Grosseiramente falando, assemelha-se com o modelo planet\u00e1rio, com os planetas girando ao redor do sol.<\/p>\n<\/p>\n

Entretanto, o local exato da \u00f3rbita do el\u00e9tron \u00e9, pelo princ\u00edpio da incerteza de Heisenberg, imposs\u00edvel de determinar. Na verdade, os modelos das \u00f3rbitas eletr\u00f4nicas (chamados de orbitais na mec\u00e2nica qu\u00e2ntica) s\u00e3o um palpite de que teremos mais chance de acharmos os el\u00e9trons em uma dada regi\u00e3o.<\/p>\n<\/p>\n

Os el\u00e9trons se agrupam em orbitais que possuem capacidade de abrigar um n\u00famero limitado de el\u00e9trons. Depois que um orbital \u00e9 completo, o el\u00e9trons se acomodam em um novo orbital. Dependendo de seu formato, eles podem ser s, p d, e f. Depois que todos os el\u00e9trons preenchem todos os tipos de orbitais poss\u00edveis para a sua camada, o ciclo de preenchimento se repete. Chamamos este ciclo de per\u00edodo.<\/p>\n<\/p>\n

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Tipos de orbitais. Fonte: mundoquimico.com.br<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/p>\n
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A quantidade de pr\u00f3tons que um \u00e1tomo possui \u00e9 o que define como elemento. O hidrog\u00eanio tem um pr\u00f3ton, o h\u00e9lio, dois, o l\u00edtio, tr\u00eas e assim por diante. Um \u00e1tomo est\u00e1vel \u00e9 aquele que tem o mesmo n\u00famero de pr\u00f3tons e el\u00e9trons.<\/p>\n<\/p>\n

Costumamos agrupar os \u00e1tomos pelo n\u00famero de el\u00e9trons que possuem na \u00faltima camada mais energ\u00e9tica. Isso porque observou-se eles se comportam quimicamente de maneira semelhante. A quantidade de el\u00e9trons que um \u00e1tomo precisa para completar sua \u00faltima camada se chama de val\u00eancia.<\/p>\n<\/p>\n

Os \u00e1tomos, segundo a regra do octeto, sempre t\u00eam a tend\u00eancia em completar sua \u00faltima camada com oito el\u00e9trons. Para satisfazer essa regra, \u00e1tomos podem compartilhar, doar ou receber el\u00e9trons dependendo da quantidade de el\u00e9trons que precisam ganhar (ou perder) para ficarem est\u00e1veis. Dessa rela\u00e7\u00e3o entre os \u00e1tomos, surgem as mol\u00e9culas. Os gases nobres n\u00e3o reagem com nenhum outro elemento e s\u00e3o naturalmente est\u00e1veis, pois t\u00eam todos os 8 el\u00e9trons na sua \u00faltima camada.<\/p>\n<\/p>\n

Exemplo:<\/p>\n<\/p>\n

O cloro tem 7 el\u00e9trons de val\u00eancia e o s\u00f3dio tem somente 1. Ent\u00e3o o s\u00f3dio perde 1 el\u00e9tron e o cloro fica com 8 e ambos ficam est\u00e1veis nessa conforma\u00e7\u00e3o. Esse \u00e9 o sal de cozinha, ou NaCl, e sua forma\u00e7\u00e3o obedece \u00e0 regra do octeto.<\/p>\n<\/p>\n

Isso tamb\u00e9m explica porque o oxig\u00eanio \u00e9 t\u00e3o reativo, formando mol\u00e9culas com praticamente todos os elementos usados pelos ceramistas nos esmaltes (ele \u00e9 \u00e1vido por el\u00e9trons).<\/p>\n<\/p>\n

A Tabela Peri\u00f3dica dos Ceramistas<\/h2>\n<\/p>\n

A tabela peri\u00f3dica \u00e9 dividida da seguintes maneira: nas coluna est\u00e3o os grupos. Como escrevi antes, representam o n\u00famero de el\u00e9trons na \u00faltima camada de cada elemento. J\u00e1 as linhas representam o per\u00edodo ou o n\u00famero de camadas, originando assim o seu nome desta tabela.<\/p>\n<\/p>\n

Tabela peri\u00f3dica com os elementos mais usados pelos ceramistas:<\/strong><\/p>\n<\/p>\n

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imagem modificada feita por Encyclopaedia Britannica, Inc.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/p>\n
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Elementos e seu uso nos esmaltes<\/h2>\n<\/p>\n

Agora que aprendemos a base, vamos aplicar esse conhecimento para o campo da qu\u00edmica dos esmaltes.<\/p>\n<\/p>\n

Grupo dos Metais Alcalinos e Alcalino Terrosos<\/strong><\/p>\n<\/p>\n

Os fundentes,<\/strong> usados na cer\u00e2mica para ajudar no derretimento dos esmaltes (veja parte 1 deste post), est\u00e3o localizados em sua maioria nos grupos dos metais alcalinos e alcalinos terrosos (parte esquerda da tabela).<\/p>\n<\/p>\n

Os metais alcalinos s\u00e3o muito reativos em sua forma pura e seus \u00f3xidos s\u00e3o poderosos fundentes. Eles tamb\u00e9m se combinam em mol\u00e9culas com o carbono e oxig\u00eanio, chamados carbonatos, que s\u00e3o mais sol\u00faveis. O l\u00edtio (Li) \u00e9 o fundente mais poderoso e por ter um peso at\u00f4mico baixo, \u00e9 necess\u00e1rio pouco dele para fundir completamente um esmalte. Seu ponto de fus\u00e3o \u00e9 alto em rela\u00e7\u00e3o aos seus companheiros mas quando se funde, derrete-se completamente. Este elemento tamb\u00e9m tem o menor coeficiente de expans\u00e3o de todo o grupo e por isso \u00e9 usado em pe\u00e7as \u00e0 prova de choque e fogo.<\/p>\n<\/p>\n

Os \u00f3xidos de pot\u00e1ssio (K) e s\u00f3dio (Na) s\u00e3o muito usados como fundentes principais em todas as temperaturas, s\u00e3o muito reativos e com alto coeficiente de expans\u00e3o t\u00e9rmica (explico melhor sobre isso no quarto post). O \u00f3xido de s\u00f3dio \u00e9 usado para esmaltes de baixa temperatura, \u00e9 sol\u00favel em \u00e1gua e por isso \u00e9 introduzido como feldspato ou frita. Ele \u00e9 mais fundente que o pot\u00e1ssio mas come\u00e7a a volatilizar a partir de 1.200\u00baC, podendo criar bolhas no esmalte.<\/p>\n<\/p>\n

O \u00f3xido de pot\u00e1ssio tem uma a\u00e7\u00e3o um pouco diferente e seu coeficiente de dilata\u00e7\u00e3o \u00e9 mais baixo. Embora seja menos reativo, come\u00e7a a agir a partir de 750\u00ba C e sua a\u00e7\u00e3o \u00e9 uniforme em todas as temperaturas pois n\u00e3o volatiliza. \u00c9 mais viscoso e d\u00e1 mais resist\u00eancia \u00e0 pe\u00e7a mas n\u00e3o pode ser usado sem um fundente auxiliar porque o esmalte pode ficar quebradi\u00e7o.<\/p>\n<\/p>\n

Os metais alcalinos terrosos s\u00e3o usados como fundentes secund\u00e1rios. Eles t\u00eam pontos de fus\u00e3o muito mais altos mas quando usados em conjunto com outros elementos, o ponto de fus\u00e3o total da mistura abaixa (mistura eut\u00e9tica, explico melhor isso no pr\u00f3ximo post).<\/p>\n<\/p>\n

O c\u00e1lcio (Ca) \u00e9 um dos principais fundentes em m\u00e9dia e alta temperaturas. Abaixo de 1.100\u00ba C n\u00e3o \u00e9 um fundente reativo, mas sua a\u00e7\u00e3o d\u00e1 dureza ao esmalte, resist\u00eancia aos \u00e1cidos e envolve o \u00f3xido de chumbo, diminuindo sua solubilidade. Estabiliza a intera\u00e7\u00e3o s\u00f3dio\/s\u00edlica, melhorando a resist\u00eancia dos esmaltes e diminuindo a gretagem (ou craquelamento). Sua a\u00e7\u00e3o como fundente come\u00e7a acima de 1.100\u00ba C, quando se torna um fundente ativo. Pela sua a\u00e7\u00e3o est\u00e1vel durante toda a queima, \u00e9 importante em praticamente todo o esmalte.<\/p>\n<\/p>\n

O magn\u00e9sio (Mg) \u00e9 usado para fazer esmaltes acetinados e tem um baixo coeficiente de expans\u00e3o. O b\u00e1rio (Ba) pode ser usado como fundente para temperaturas acima de 1.175\u00ba C para fazer esmaltes foscos. Por\u00e9m a mol\u00e9cula fonte desse elemento, o carbonato de b\u00e1rio \u00e9 t\u00f3xica se ingerido (ele j\u00e1 foi usado como veneno para matar ratos no passado). O estr\u00f4ncio (Sr) pode ser usado como substituto por ser um fundente n\u00e3o t\u00f3xico e tem propriedades intermedi\u00e1rias entre o o c\u00e1lcio e o b\u00e1rio. Tanto o estr\u00f4ncio como o b\u00e1rio podem ser usados como fundentes de baixa-queima, se forem transformados em fritas.<\/p>\n<\/p>\n

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Esmalte fosco \u00e0 base principalmente de magn\u00e9sio como fundente. fonte https:\/\/digitalfire.com<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/p>\n
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O b\u00e1rio e o estr\u00f4ncio mant\u00eam as cores mais vivas que o magn\u00e9sio e c\u00e1lcio, que costumam descolorar o esmalte.<\/p>\n<\/p>\n

Metais de Transi\u00e7\u00e3o<\/strong><\/p>\n<\/p>\n

Os metais de transi\u00e7\u00e3o, por terem orbitais do tipo d incompletos podem ter v\u00e1rios estados de oxida\u00e7\u00e3o, dependendo das condi\u00e7\u00f5es do ambiente. Tamb\u00e9m por conta disso, possuem colora\u00e7\u00e3o mercante, caracter\u00edstica essa usada pelos ceramistas que os empregam principalmente como pigmentos<\/strong>, dando cores aos esmaltes. Os mais usados como pigmentos s\u00e3o aqueles de menor peso at\u00f4mico e incluem o tit\u00e2nio (Ti), van\u00e1dio (V), cromo (Cr), Mangan\u00eas (Mn), Ferro (Fe), cobalto (Co), n\u00edquel (Ni) e cobre (Cu). Boa parte deles s\u00e3o anfot\u00e9ricos (podem reagir como \u00e1cido ou base). O cobalto j\u00e1 foi um elemento muito valorizado por ser o ingrediente principal usado como baixo-esmalte nas famosas porcelanas chinesas brancas e azuis.<\/p>\n<\/p>\n

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O mangan\u00eas e o ferro t\u00eam v\u00e1rias val\u00eancias, por exemplo o \u00f3xido vermelho (f\u00e9rrico) de ferro, Fe2O3, \u00e9 \u00e1cido e refrat\u00e1rio mas o \u00f3xido preto (ferroso) de ferro \u00e9 fundente e alcalino.<\/p>\n<\/p>\n

Dependendo do tipo de queima, o interior do forno pode ter uma quantidade maior ou menor de oxig\u00eanio. Em ambientes com quantidade suficiente de oxig\u00eanio, dizemos que a queima \u00e9 por oxida\u00e7\u00e3o. Caso contr\u00e1rio, quando h\u00e1 escassez de oxig\u00eanio na c\u00e2mara, h\u00e1 a redu\u00e7\u00e3o. O \u00f3xido de cobre pode conferir de modo dram\u00e1tico cores diferentes, sendo verde na oxida\u00e7\u00e3o e o vermelho na redu\u00e7\u00e3o. O mesmo ocorre para o ferro, podendo ser amarelado em oxida\u00e7\u00e3o e verde ou azul em redu\u00e7\u00e3o.<\/p>\n<\/p>\n

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O ferro como pigmento. A esquerda, em ambiente de oxida\u00e7\u00e3o, no meio, ambiente neutro e a direita, de redu\u00e7\u00e3o. fonte: Chinese Glazes, Nigel Wood.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/p>\n
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Apesar de estar no mesmo grupo, o zinco (Zn) n\u00e3o \u00e9 tecnicamente de transi\u00e7\u00e3o pois seu orbital d est\u00e1 totalmente cheio de el\u00e9trons. Ele n\u00e3o \u00e9 usado como pigmentador mas como fundente em temperaturas m\u00e9dias. Na pr\u00f3xima fileira dos elementos, est\u00e1 o zirc\u00f4nio (Zr), usado para opacificar os esmaltes e o c\u00e1dmio (Cd), usados em pigmentos de esmaltes amarelos e vermelhos. O molibd\u00eanio (Mb) e o tungst\u00eanio (W) s\u00e3o usados em esmaltes cristalinos iridescentes.<\/p>\n<\/p>\n

Ouro (Au), prata (Ag) e platina (Pt) s\u00e3o usados por ceramistas em pinturas em cer\u00e2micas.<\/p>\n<\/p>\n

Lantan\u00eddeos (terra rara) e Actin\u00eddeos<\/h2>\n<\/p>\n

O elemento c\u00e9rio (Ce), praseod\u00edmio (Pr), neod\u00edmio (Nd) e \u00e9rbio (Er) s\u00e3o pouco usados na cer\u00e2mica e quando s\u00e3o t\u00eam a fun\u00e7\u00e3o de darem cor aos esmaltes. O praseod\u00edmio \u00e9 usado com o silicato de zirc\u00f4nio para dar a cor amarela. Seu \u00f3xido se funde \u00e0 932\u00ba C e \u00e9 muito t\u00f3xico.<\/p>\n<\/p>\n

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Adi\u00e7\u00f5es de terras raras nos esmaltes, da esquerda para direita: \u00f3xido de neod\u00edmio, \u00f3xido de \u00e9rbio e \u00f3xido de praseod\u00edmio. fonte: https:\/\/ceramicartsnetwork.org<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/p>\n

Os outros lantan\u00eddeos podem das cores fluorescentes mas s\u00f3 quando iluminados por luz ultravioleta.<\/p>\n<\/p>\n

Na s\u00e9rie dos actin\u00eddeos, temos o ur\u00e2nio (U), que foi usado no in\u00edcio do s\u00e9c. XX como pigmentador de esmaltes para dar a cor amarelo-clara ou laranja mas foi abandonado por sua caracter\u00edstica radioativa.<\/p>\n<\/p>\n

Outros Metais<\/h2>\n<\/p>\n

O grupo dos outros metais (ou grupo de metais de p\u00f3s-transi\u00e7\u00e3o), tem a apar\u00eancia brilhante met\u00e1lica dos metais de transi\u00e7\u00e3o mas s\u00e3o metais fracos, sendo mais male\u00e1veis.<\/p>\n<\/p>\n

O alum\u00ednio \u00e9 muito importante para os ceramistas. \u00c9 um dos elementos mais abundantes da crosta terrestre, componente das argilas e usado como estabilizador<\/strong>, tornando o esmalte mais viscoso. Presente como alumina (\u00f3xido de alum\u00ednio), que \u00e9 anfot\u00e9rico. Possui uma temperatura de fus\u00e3o bem alta, 2.050\u00ba C.<\/p>\n<\/p>\n

O estanho (Sn) \u00e9 usado principalmente como opacificador e foi muito usado como fundo branco das cer\u00e2micas maj\u00f3licas.<\/p>\n<\/p>\n

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prato em maj\u00f3lica, decorado com figura de Eros, proveniente de Casteldurante, c<\/em>. 1550-1570. fonte: wikipedia<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/p>\n
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O \u00f3xido de chumbo (PbO) j\u00e1 foi muito usado como fundente de baixas temperaturas, por ter ponto de fus\u00e3o baixo. Hoje em dia, por sua toxicidade, vem sendo substitu\u00eddo por fritas \u00e0 base de outros elementos (b\u00e1rio, l\u00edtio, etc.).<\/p>\n<\/p>\n

N\u00e3o metais<\/h2>\n<\/p>\n

No grupo dos n\u00e3o metais est\u00e1 o Boro (B), que \u00e9 tanto fundente como formador de vidro<\/strong>. O sil\u00edcio (Si) \u00e9 um elemento important\u00edssimo para os esmaltes pois ele \u00e9 o principal formador de vidro. A s\u00edlica, que \u00e9 seu \u00f3xido, \u00e9 a base de quase todos os minerais. Como escrito na parte 1 deste post, seu ponto de fus\u00e3o \u00e9 alto mas ao lado de fundentes, o ponto de fus\u00e3o da mistura abaixa, formando o que chamamos na qu\u00edmica de mistura eut\u00e9tica (explico no pr\u00f3ximo post sobre isso). A s\u00edlica \u00e9 um \u00f3xido \u00e1cido, que reage com metais fundentes alcalinos.<\/p>\n<\/p>\n

O carbono (C) \u00e9 o coadjuvante em muitas mol\u00e9culas usadas pelos ceramistas. E seu formato carbonato (\u00f3xido de carbono), ele se combina com diversos elementos alcalinos e metais de transi\u00e7\u00e3o. Ao ser levado ao forno, ele se volatiliza em g\u00e1s carb\u00f4nico (CO2) liberando gases na forma\u00e7\u00e3o do esmalte.<\/p>\n<\/p>\n

O f\u00f3sforo (P) \u00e9 usado como fundente e opacificador em cer\u00e2micas de alta queima. Tamb\u00e9m nesse grupo est\u00e1 o oxig\u00eanio (O), que \u00e9 muito reativo e presente na maioria dos elementos usados pelos esmaltes tanto na forma de \u00f3xidos ou carbonatos.<\/p>\n<\/p>\n

O sel\u00eanio (Se) \u00e9 usado como pigmento laranja e vermelho nos esmaltes.<\/p>\n<\/p>\n

Semana que vem, vou escrever mais sobre as caracter\u00edsticas qu\u00edmicas dos elementos dos esmaltes, as rea\u00e7\u00f5es entre eles durante a queima e a f\u00f3rmula molecular unificada.<\/p>\n<\/p>\n

At\u00e9 l\u00e1!<\/p>\n<\/p>\n

Fontes:<\/h2>\n<\/p>\n