Vidro de quartzo tem propriedades excepcionais que fazem dele um material único, com muitas aplicações na
ciência e industria. O vidro de quartzo se destaca pela resistência química e térmica, pela resistência ao choque térmico
e pela alta transparência para luz, que é maior no infravermelho e no ultravioleta quando comparado com vidro comum.
Porém, para o melhor aproveitamento, deve-se considerar umas particularidades deste material.
Quartzo é dióxido de silício que é encontrado na natureza em larga escala. Existem principalmente seis modificações cristalinas,
á saber: alfa- e beta-quartzo, alfa- e beta-tridimita e alfa- e beta-cristobalita. Dependendo da temperatura, as modoficações
estáveis são¹:
Baixas temperaturas - alfa-quartzo - 575°C - beta-quartzo - 870°C
- beta-tridimita - 1470°C - beta-cristobalita -- 1705°C - quartzo
fundido.
As formas alfa e beta diferem apenas muito pouco na posição dos átomos e a transformação entre estas modificações
é rápida e reversível. Porém, a transformação entre quartzo, tridimita e cristobalita é lenta, de maneira que existem formas
meta-estáveis, sendo a transformãção favorecida por alta temperatura e por "mineralizadores" (impurezas que agem como catalizadores).
Embora exista vidro de quartzo na natureza como curiosidade ("Lechatelierite²"), este material é principalmente um produto
artificial. Cristais de quartzo, quando fundidos e resfriados são transformados em vidro de quartzo (ou quartzo amorfo,
não cristalizado). Vidro de quartzo é sempre um produto instável ou meta-estável.
A resistência contra choque térmico é uma caracteristica do vidro de quartzo, por causa do seu baixo coeficiente de expansão
térmica, Mas quartzo cristalino não suporta resfriamento brusco, ele racha na mudança de modificação³. Quando aquecido por
muito tempo a altas temperaturas e, principalmente, em presença de impurezas, vidro de quartzo sofre "desvitrifição" (i. é
recristalização), ficando opaco e quebradiço. Quase sempre, a recristalização começa na superficie, já que a concentração
de impurezas no meio do vidro costuma ser pequeno em material de boa procedência. Por causa disso, é recomendável limpar o
vidro de quartzo antes do aquecimento com álcool puro e secá-lo (importante) com um pano limpo³. Antes de qualquer coisa,
deve-se evitar contaminação da superficie por suor, onde os sais presentes são fortes catalizadores.
Dependendo da qualidade, pode-se usar vidro de quartzo nas seguintes temperaturas:
temperatura máxima de uso por tempo prolongado: 950 - 1100°C
temperatura máxima de uso por curto tempo 1200 - 1300°C
temperatura de amolecimento
1600 - 1730°C
temperatura de moldagem, à partir de
1600 - 1730°C
(Obs.: A temperatura mais baixa vale para vidro de quartzo sintético!)
Um valor característico da recristalização
do vidro de quartzo é 0,01μm/h a 1280ºC, mas pode aumentar 100 vezes em severas condições de contaminação.
A 1100°C a recristalização é 1000 vezes menor e a 1000°C ela pode ser considerada insignificante³.
Em determinados usos, por exemplo na fabricação
de material semicondutor, a recristalização não pode ser evitada pela alta temperatura aplicada. Inevitavelmente, o recipiente
se rompe nestas condições, quando resfriado à temperaturas abaixo de 275°C, porque o cristobalita formado se desprende por
causa da diferença no coeficiente de expansão térmica e as rachaduras entram
no vidro inteiro. Uma vida prolongada do objeto de quartzo se consegue mantendo-o sempre aquecido. Outro exemplo de um inevitável
dano durante o uso, são as tochas de quartzo, usadas em técnicas analíticas que trabalham com aquecimento pelo “induced
coupled plasma” (ICP), devido à alta temperatura necessária e a inevitável presença de impurezas.
Literatura citada:
1)
Lehrbuch der Anorganischen Chemie, H. Remy, 5° ed., 1950, Geest & Portig, Leipzig
2)
DANA’S Manual of Mineralogy, 17th ed., 1959, John & Wiley & Sons, New York, London
3)
Quarzglas und Quarzgut, Folheto Informativo Q-A1 da
HERAEUS Quarzschmelze, Hanau - Alemanha.
