{"id":4962,"date":"2018-08-16T18:30:48","date_gmt":"2018-08-16T21:30:48","guid":{"rendered":"https:\/\/gustavoassisceramicas.com.br\/?p=4962"},"modified":"2023-09-27T11:20:33","modified_gmt":"2023-09-27T14:20:33","slug":"teoria-dos-esmaltes-parte-iii","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/gustavoassisceramicas.com.br\/en\/teoria-dos-esmaltes-parte-iii\/","title":{"rendered":"Teoria dos Esmaltes – Parte III"},"content":{"rendered":"

Ol\u00e1 pessoal! Seguindo os posts dedicados aos esmaltes, esta semana eu vou escrever sobre as caracter\u00edsticas f\u00edsico-qu\u00edmica dos esmaltes e explicar como calcular a f\u00f3rmula de unidade molecular de Seger.<\/p>\n

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A Natureza dos Vidros<\/h2>\n

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Estudamos que o esmalte \u00e9 composto principalmente pelo formador de vidro. Ele \u00e9 que d\u00e1 a caracter\u00edstica imperme\u00e1vel e lisa que encontramos na superf\u00edcie cer\u00e2mica. Os vidros s\u00e3o elementos \u00fanicos que n\u00e3o s\u00e3o nem l\u00edquidos ou s\u00f3lidos. S\u00e3o elementos conhecidos por estarem em um estado chamado amorfo.<\/p>\n

S\u00f3lidos s\u00e3o estruturas altamente organizadas. Neles est\u00e3o os cristais, como o sal, com seu milh\u00f5es de \u00e1tomos alinhados. Sua estrutura \u00e9 previs\u00edvel. Os vidros n\u00e3o possuem essa organiza\u00e7\u00e3o mas tamb\u00e9m n\u00e3o s\u00e3o t\u00e3o desorganizados quanto um l\u00edquido.<\/p>\n

Abaixo podemos comparar a disposi\u00e7\u00e3o molecular do \u00f3xido de sil\u00edcio em seu estado cristalino (esquerda) e seu estado v\u00edtreo (direita).<\/p>\n

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diferentes disposi\u00e7\u00f5es dos \u00e1tomos da s\u00edlica. fonte: digitalfire.com<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n
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Observamos que o vidro possui uma certa organiza\u00e7\u00e3o mas ela n\u00e3o se repete ao longo da cadeia. Quando o vidro \u00e9 formado, o elemento formador de vidro (normalmente a s\u00edlica) \u00e9 resfriada rapidamente de seu estado l\u00edquido mas n\u00e3o se solidifica quando fica \u00e0 temperaturas abaixo de seu ponto de fus\u00e3o. Neste ponto, o material \u00e9 um l\u00edquido super-resfriado, um estado intermedi\u00e1rio entre l\u00edquido e vidro. Para se transformar em um s\u00f3lido amorfo, o material \u00e9 resfriado mais ainda, abaixo da temperatura de transi\u00e7\u00e3o do vidro. Ap\u00f3s esse ponto, os \u00e1tomos deste elemento est\u00e3o quase im\u00f3veis, impossibilitados de se organizarem em estruturas cristalinas e o material agora \u00e9 um vidro.<\/p>\n

Como o vidro se encontra em um estado de desorganiza\u00e7\u00e3o molecular, seus \u00e1tomos ainda podem fluir como l\u00edquidos mas modelos matem\u00e1ticos prev\u00eaem que seria necess\u00e1rio um tempo superior ao tempo do universo para que houvesse uma mudan\u00e7a substancial na forma do vidro por conta dessa fluidez molecular.<\/p>\n

Fundentes<\/h2>\n

Nos esmaltes comuns, os \u00f3xidos fundentes est\u00e3o em menor porcentagem se comparados com o formador de vidro s\u00edlica e o estabilizador Al2O3. Em altas temperaturas (1.300\u00ba C), o esmalte cont\u00e9m por volta de 18% de fundentes. \u00c0 meia queima (1.180\u00ba C),\u00a0 22%. E em baixa queima pode ter at\u00e9\u00a0 30% de fundente (incluindo o elemento formador de vidro boro).<\/p>\n

Al\u00e9m disso, cada fundente possui um determinado ponto de fus\u00e3o e volatiliza\u00e7\u00e3o, sendo mais adequados para as queimas em determinadas temperaturas. Veja tabela abaixo:<\/p>\n

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pontos de fus\u00e3o dos fundentes mais usados. fonte: The Potters Dictionary.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n
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Mas, como o fundente age para baixar a temperatura de fus\u00e3o do esmalte? Isso \u00e9 o que vamos ver a seguir.<\/p>\n

Misturas Eut\u00e9ticas<\/h2>\n

O fundente juntamente com o formador de vidro formam o que chamamos de mistura eut\u00e9tica. Uma mistura \u00e9 eut\u00e9tica quando o ponto de fus\u00e3o do conjunto \u00e9 inferior \u00e0s temperaturas de fus\u00e3o de cada componente da mistura.<\/p>\n

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Mistura eut\u00e9tica. Curso de engenharia mec\u00e2nica. fonte: curso de www.ebah.com.br\/<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n
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Sabemos pelo post anterior que a maioria dos fundentes s\u00e3o metais alcalinos e alcalinos terrosos. Eles t\u00eam a tend\u00eancia de doarem el\u00e9trons para se tornarem mais est\u00e1veis. Normalmente, eles doam el\u00e9trons para um elemento \u00e1vido por eles, o oxig\u00eanio, que se encontra do outro lado da tabela peri\u00f3dica. Quando dissolvidos em s\u00edlica, que \u00e9 um \u00e1cido fraco, os elementos alcalinos ent\u00e3o transformam-se em c\u00e1tions (\u00e1tomos com carga positiva) e o oxig\u00eanio em \u00e2nion (carga negativa). O \u00e2nion duplamente negativo do oxig\u00eanio tem uma grande afinidade por liga\u00e7\u00f5es e quebra a liga\u00e7\u00e3o de oxig\u00eanio da mol\u00e9cula de s\u00edlica, se incorporando \u00e0 ela com carga negativa. Essa quebra de cadeia faz com que as cadeias fiquem menores, mais fluidas, baixando o ponto de fus\u00e3o. Tomando como exemplo o \u00f3xido de c\u00e1lcio como fundente, temos:<\/p>\n

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Al\u00e9m disso, os elementos fundentes se inserem nas cadeias de mol\u00e9culas de s\u00edlica, oferecendo um flexibilidade maior \u00e0 mistura. Ou ent\u00e3o ficam entre as cadeias de s\u00edlica como impurezas, dificultando a cristaliza\u00e7\u00e3o do vidro.<\/p>\n

Estabilizador<\/h2>\n

Para conter uma fluidez excessiva, fazemos o esmalte mais viscoso. O \u00f3xido de alum\u00ednio combina com cadeias soltas de s\u00edlica criando uma rede coesa de mol\u00e9culas, sendo um importante elemento estabilizador do esmalte.<\/p>\n

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liga\u00e7\u00f5es entre o alum\u00ednio e a s\u00edlica no esmalte<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n
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F\u00f3rmula de Unidade Molecular de Seger<\/h2>\n

Agora que entendemos melhor sobre como o esmalte funciona quimicamente, vou introduzir o conceito levantando pelo alem\u00e3o Herman A. Seger no final do s\u00e9c. XIX. Seger tamb\u00e9m desenvolveu cones numerados para medir o trabalho do calor dentro dos fornos, entre outras coisas. Foi ele quem classificou os componentes dos esmaltes em fundentes, formadores de vidro e estabilizadores. Sua f\u00f3rmula de unidade molecular mostra a rela\u00e7\u00e3o entre o n\u00famero de mol\u00e9culas entre as tr\u00eas categorias, facilitando a an\u00e1lise do esmalte.<\/p>\n

Com esta f\u00f3rmula, podemos saber se o esmalte tem s\u00edlica suficiente para a forma\u00e7\u00e3o do vidro, por exemplo, ou se existem fundentes demais. No pr\u00f3ximo post, vou escrever sobre quais s\u00e3o os limites que fazem um bom esmalte utilit\u00e1rio mas \u00e9 necess\u00e1rio o entendimento desse c\u00e1lculo primeiramente.<\/p>\n

Hoje em dia existem programas para o computador que j\u00e1 calculam a f\u00f3rmula de Seger automaticamente, sendo necess\u00e1rio somente a entrada das mat\u00e9rias-primas e a quantidade delas, o que torna o processo muito mais pr\u00e1tico. Para quem quiser entender por\u00e9m como \u00e9 a base do c\u00e1lculo, vamos fazer um exemplo:<\/p>\n

Supomos que vamos trabalhar com a seguinte f\u00f3rmula de esmalte:<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Mat\u00e9ria-prima<\/td>\nQuantidade<\/td>\n<\/tr>\n
Nefelina Sienito<\/td>\n40<\/td>\n<\/tr>\n
Carbonato de C\u00e1lcio<\/td>\n20<\/td>\n<\/tr>\n
S\u00edlica (Quartzo)<\/td>\n30<\/td>\n<\/tr>\n
Caulim<\/td>\n10<\/td>\n<\/tr>\n
Total<\/td>\n100<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Primeiro passo \u00e9 pegar o massa molecular para os principais \u00f3xidos (na wikipedia tem esses dados).<\/p>\n\n\n\n\n
Si02<\/td>\nAl2O3<\/td>\nNa2O<\/td>\nK2O<\/td>\nMgO<\/td>\nCaO<\/td>\nFe2O3<\/td>\nTiO2<\/td>\n<\/tr>\n
60,09<\/td>\n101,96<\/td>\n61,98<\/td>\n94,20<\/td>\n40,31<\/td>\n56,08<\/td>\n159,70<\/td>\n80,90<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Agora, temos que pegar a composi\u00e7\u00e3o qu\u00edmica de cada mat\u00e9ria-prima. O site glazy.org disp\u00f5e dessas informa\u00e7\u00f5es gratuitamente.<\/p>\n

Para facilitar o c\u00e1lculo, montei uma tabela com as mat\u00e9rias-primas e a propor\u00e7\u00e3o de \u00f3xidos para cada uma:<\/p>\n

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1\u00ba passo: Calcular a propor\u00e7\u00e3o de cada \u00f3xido por quantidade de mat\u00e9ria-prima. No exemplo, temos que o elemento Nefelina Sienito tem 40 de 100 (total), ou seja, 0,4 do total. Multiplica-se 0,4 x a quantidade do \u00f3xido. Para o caso da s\u00edlica, o c\u00e1lculo \u00e9 0,4 x 61,95= 24,78.<\/p>\n

Fazemos isso com todos as mat\u00e9rias-primas e a tabela ficar\u00e1 assim:<\/p>\n

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2\u00ba passo: Some os mesmos \u00f3xidos de todas as mat\u00e9rias-primas.<\/p>\n

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3\u00ba passo: dividir a soma dos \u00f3xidos pelo peso molecular de cada \u00f3xido. Isso vai dar a propor\u00e7\u00e3o em rela\u00e7\u00e3o ao n\u00famero de mol\u00e9culas de um dado \u00f3xido. Para a qu\u00edmica, o que importa nas rea\u00e7\u00f5es \u00e9 o n\u00famero de elementos (cabem mais \u00e1tomos de l\u00edtio em 10g que \u00e1tomos de chumbo, por exemplo).<\/p>\n

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4\u00ba passo: somamos os moles dos fundentes (Na, K, Mg e Ca).<\/p>\n

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5\u00ba passo: dividir os moles de cada \u00f3xido pela soma dos moles dos fundentes.<\/p>\n

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Temos o resultado final, representado pela \u00faltima linha de c\u00e1lculo. O que fizemos foi pegar cada \u00f3xido por representa\u00e7\u00e3o de quantidade molecular e colocar cada um deles em rela\u00e7\u00e3o aos fundentes. Assim, criou-se um padr\u00e3o sendo a soma dos fundentes sua unidade. Com isso, podemos analizar os esmaltes de maneira muito mais completa, s\u00f3 olhando sua f\u00f3rmula de Seger!<\/p>\n

No pr\u00f3ximo post, voc\u00eas v\u00e3o saber como usar esse conhecimento para predizer o comportamento dos esmaltes.<\/p>\n

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

Fontes:<\/h2>\n
    \n
  • https:\/\/www.scientificamerican.com\/article\/fact-fiction-glass-liquid\/. Scientific American.<\/li>\n
  • digitalfire.com. Digital Fire.<\/li>\n
  • Bezerra Brand\u00e3o, Br\u00e1ulio. Curso de Engenharia Mec\u00e2nica. http:\/\/www.ebah.com.br\/<\/li>\n
  • Donald Sadoway, 3.091SC Introduction to Solid State Chemistry, Fall 2010 (MIT Courseware). http:\/\/ocw.mit.edu (acessado em 7\/8\/2018). Licen\u00e7a Creative Commons Attribution-Noncommercial-Share Alike.<\/li>\n
  • How to Calculate the Unity Molecular Formula. Ceramics Material Workshop. http:\/\/www.youtube.com\/watch?v=HyLjAg1_8_4 (acessado em 8\/8\/2018). Youtube.<\/li>\n<\/ul>\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"","protected":false},"author":1,"featured_media":5070,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[5,212,213],"tags":[223,220,222,103,221],"class_list":["post-4962","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-esmalte","category-quimica","category-teoria","tag-establizador","tag-eutetica","tag-fundente","tag-seger","tag-vidro"],"_links":{"self":[{"href":"http:\/\/gustavoassisceramicas.com.br\/en\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/4962","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"http:\/\/gustavoassisceramicas.com.br\/en\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"http:\/\/gustavoassisceramicas.com.br\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/gustavoassisceramicas.com.br\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/gustavoassisceramicas.com.br\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=4962"}],"version-history":[{"count":26,"href":"http:\/\/gustavoassisceramicas.com.br\/en\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/4962\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":16091,"href":"http:\/\/gustavoassisceramicas.com.br\/en\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/4962\/revisions\/16091"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/gustavoassisceramicas.com.br\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/5070"}],"wp:attachment":[{"href":"http:\/\/gustavoassisceramicas.com.br\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=4962"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"http:\/\/gustavoassisceramicas.com.br\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=4962"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"http:\/\/gustavoassisceramicas.com.br\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=4962"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}