Do laboratório para a vida: Aprendendo as Propriedades do Quartzo e do Vidro Borossilicato

Introdução

Os materiais de vidro são o ponto central de nossas vidas cotidianas e dos ambientes laboratoriais. Eles estão presentes em equipamentos e máquinas que usamos diariamente e são fundamentais em laboratórios de pesquisa e indústrias para garantir precisão e segurança. O vidro de quartzo e o vidro borossilicato ocupam posições centrais na ciência, na indústria e na tecnologia. Eles são escolhidos devido às suas propriedades exclusivas.

O que é vidro de quartzo?

O vidrode quartzoconsiste principalmente de dióxido de silício (SiO₂). Ele existe em duas formas: quartzo natural e quartzo sintético. O quartzo natural é formado na terra ao longo de milhares de anos. O quartzo sintético é produzido sob condições controladas de alta pureza.

O vidro de quartzo é muito puro e muito transparente. Ele é transparente, o que o torna perfeito para aplicações ópticas. É muito estável termicamente. A estabilidade térmica provoca alterações mínimas em sua estrutura. O vidro de quartzo tem baixa expansão térmica. Ele não muda de forma mesmo quando aquecido e resfriado repetidamente. O vidro de quartzo é muito duro e resistente a produtos químicos. Essas propriedades são convenientes em ambientes agressivos e processos de alta temperatura.

O vidro de quartzo é normalmente usado onde qualquer contaminante comprometeria medições precisas. A clareza óptica é essencial na maioria dos dispositivos científicos e aplicações de alta tecnologia. Componentes ópticos especiais para espectroscopia e fornos de alta temperatura estão disponíveis para serem utilizados por laboratórios que usam vidro de quartzo.

O que é vidro de borosilicato?

O vidro borossilicato é produzido pela combinação de dióxido de silício, óxido de boro (B₂O₃) e alguns óxidos menores. A fórmula exata pode variar de empresa para empresa. Esse tipo de vidro tornou-se popular por meio de produtos como o Pyrex, que existe há muitas décadas.

A introdução do óxido de boro confere a esse vidro suas propriedades exclusivas. O vidro borossilicato tem maior resistência a choques térmicos. Ele resiste a mudanças bruscas de temperatura sem quebrar. Sua resistência química é moderada e aceita a maioria dos produtos químicos de laboratório. Sua expansão térmica é menor do que a do vidro de cal sodada comum. Isso evita a quebra quando o vidro esfria ou aquece rapidamente. O vidro de borossilicato também é resistente mecanicamente, o que o torna capaz de suportar usos cotidianos como cozimento e armazenamento de produtos químicos.

Esse vidro é comumente aplicado em produtos que precisam tanto de força quanto de resistência térmica. Ele é encontrado em béqueres, frascos e condensadores de laboratório. Suas propriedades também o tornam frequentemente usado em utensílios de cozinha em residências.

Diferenças entre o vidro de quartzo e o vidro de borosilicato

Os dois vidros têm propriedades diferentes. Veja abaixo um resumo de suas diferenças:

Propriedades térmicas:

- O vidro de quartzo amolece e derrete em temperaturas extremamente altas. Suas características de baixa expansão térmica o tornam extremamente útil para aplicações de alta temperatura.

- O vidro borossilicato tem um ponto de fusão mais baixo do que o quartzo e sua resistência ao choque térmico é uma grande vantagem para uso em laboratório e para fins gerais.

Propriedades mecânicas:

- O vidro de quartzo é muito duro. Também é quebradiço. Ele se quebra com o impacto.

- O vidro borossilicato é menos quebrável. Tem boa resistência mecânica e pode suportar melhor alguns choques.

Durabilidade química:

- O vidro de quartzo é resistente à maioria dos produtos químicos, como ácidos e bases.

- O vidro borossilicato tem resistência química moderada, o que é suficiente para a maioria das aplicações laboratoriais, mas será decomposto por ácidos e bases fortes com o tempo.

Propriedades ópticas:

- O vidro de quartzo tem boa transparência e boa transmitância ultravioleta (UV).

- O vidro borossilicato também é transparente, mas pode apresentar pequenas variações na transmissão de UV, dependendo dos aditivos em sua composição.

Aplicações em laboratórios

O vidro de quartzo é usado em laboratórios porque é estável em altas temperaturas e puro. Os cientistas usam componentes de quartzo em fornos de alta temperatura. Seu estado estável e claro favorece os instrumentos ópticos. Alguns equipamentos de espectroscopia usam vidro de quartzo devido à sua precisão.

O vidro de borosilicato é onipresente na maioria dos equipamentos de laboratório. Béqueres, frascos e condensadores são feitos de vidro borossilicato. Sua resistência ao choque térmico evita acidentes quando há mudanças rápidas de temperatura. Os equipamentos de processamento químico também fazem uso de sua resistência ao desgaste. Os dois vidros são usados para diferentes funções laboratoriais. O vidro de quartzo é usado para fins que exigem altíssima pureza e estabilidade. O vidro borossilicato é adequado para aplicações laboratoriais cotidianas e processamento químico geral.

Usos industriais e normais

O vidro de quartzo encontra aplicações modernas em equipamentos de uso diário e em indústrias de alta tecnologia. Ele é encontrado em fibras ópticas, onde a precisão e a transparência são necessárias. A fabricação de eletrônicos e semicondutores também depende do vidro de quartzo. Os cristais de quartzo são usados na relojoaria para obter precisão nos relógios.

O vidro de borosilicato é amplamente reconhecido em residências e indústrias. As panelas de vidro borossilicato podem tolerar o calor. Os produtos de laboratório, que são comuns nas escolas, são feitos desse material. Os componentes de iluminação geralmente são feitos de vidro borossilicato devido à sua resistência a choques térmicos. Além disso, os frascos de armazenamento de produtos químicos fabricados com vidro de borossilicato são confiáveis e duráveis.

A escolha entre esses tipos de vidro depende do custo, da dureza e das necessidades de desempenho. O vidro de quartzo tem maior pureza química e extrema resistência ao calor. O vidro borossilicato alcança um equilíbrio entre custo e desempenho para uso doméstico e comercial.

Experimentos práticos para observar as propriedades

Experimentos simples ajudam a entender melhor esses vidros. Os experimentos a seguir podem ser realizados em um laboratório doméstico ou escolar.

Demonstração de resistência ao calor:

Coloque alguns vidros de quartzo e borossilicato em fontes de calor separadas. Observe como eles lidam com as mudanças de temperatura. O vidro de quartzo deve resistir ao calor extremo e não perder sua forma. O vidro borossilicato é capaz de lidar bem com mudanças repentinas.

Observação da transparência e do índice de refração

Ambos os tipos de vidro devem ser iluminados com uma fonte de luz. A maneira como a luz refrata através dos dois materiais deve ser observada. O vidro de quartzo geralmente tem refração clara e consistente. O vidro de borosilicato é transparente, mas pode apresentar diferenças mínimas.

Adicione uma gota de ácido ou base suave a cada amostra. Deixe-a repousar por um curto período e enxágue o vidro com água. O vidro de quartzo é pouco afetado devido à sua alta resistência. O vidro borossilicato provavelmente apresentará reações menores, atestando sua baixa resistência.

Esses testes ilustram como cada tipo de vidro age sob estresse. Eles demonstram por que certos tipos são selecionados para uso específico. Um teste simples demonstra diferenças na estabilidade térmica, na transmissão de luz e na resistência química.

Conclusão

Tanto o vidro de quartzo quanto o vidro de borossilicato têm propriedades especiais que são apropriadas para diferentes aplicações. O vidro de quartzo é superior em pureza, estabilidade de temperatura e baixa expansão térmica. Ele é usado mais apropriadamente em ambientes de alta temperatura e alta precisão em laboratórios e indústrias. O vidro borossilicato tem melhor resistência a choques térmicos, estabilidade química moderada e boa resistência mecânica. É amplamente utilizado em equipamentos de laboratório, utensílios de cozinha e componentes industriais. Para obter mais informações e experimentos STEM, consulte a Stanford Advanced Materials (SAM).

Perguntas frequentes

F: Por que o vidro de quartzo é adequado para altas temperaturas?

P: Sua pureza e estabilidade térmica permitem que ele resista a mudanças severas de temperatura com expansão mínima.

F: Por que o vidro de borosilicato é comum em utensílios de cozinha?

P: Sua dureza e alta resistência a choques térmicos permitem que ele seja seguro para uso em cozimento e para despejar líquidos quentes.

F: Qual é a diferença entre o quartzo e o vidro borossilicato em termos de resistência química?

P: O vidro de quartzo tem maior resistência química, enquanto o vidro de borossilicato oferece resistência moderada.