Uma vidraça ou um copo podem quebrar facilmente, mas o vidro sólido é na verdade muito mais rígido e forte do que deveria ser tecnicamente, se considerarmos sua composição molecular.
Agora, os cientistas estão mais perto de revelar a fonte dessa força secreta.
Usando um modelo de computador recém-desenvolvido para descobrir como as partículas atômicas no vidro podem mantê-lo unido, apesar da falta de uma estrutura convencionalmente ordenada, um novo estudo observa que essas partículas podem colocar um backbone portador de força no lugar antes que o vidro esfrie totalmente de um estado instável e viscoso.
Os cálculos mostraram que o esqueleto de partículas submetidas à deformação dentro do vidro viscoso atingiu com sucesso o limite de percolação – o ponto em que essa rede de partículas é densa o suficiente para suportar o material e mantê-lo forte.
Quando um material granular é tão comprimido que forma um sólido – pense em grãos de areia compactados, por exemplo – os pesquisadores descrevem o sólido resultante como um ‘sistema emperrado’. Esses sistemas têm algumas semelhanças com o que acontece no vidro de resfriamento, e a equipe usou seu modelo de computador para comparar os dois.
“Na temperatura zero, um sistema emperrado mostrará correlações de longo alcance no estresse devido à sua rede de percolação interna”, diz o físico Hua Tong, da Universidade Jiao Tong de Xangai, na China.
“Esta simulação mostrou que o mesmo é verdadeiro para o vidro antes mesmo de ter esfriado completamente.”
O vidro faz parte de um grupo de sólidos amorfos que carecem da ordem normal de longo alcance e do padrão de rede em seus átomos e moléculas encontrados nos cristais, apesar de serem tão fortes na forma resfriada.
Em vez disso, uma pequena proporção das partículas totais assume a tensão, em meio ao caos geral e à desordem, de uma perspectiva microscópica. No entanto, essas partículas portadoras de força precisam se espalhar ou percolar o suficiente através do material primeiro, e este estudo destaca como essa percolação ocorre quando o material passa por uma transição vítrea.
As partículas nesta rede crítica devem ser conectadas por pelo menos duas ligações fortes, explicam os cientistas, ponto em que uma rede pode se formar e unir todo o sistema – mesmo se a maior parte do arranjo molecular estiver desordenada.
O vidro é um dos materiais mais fascinantes para os cientistas, até porque muda muito dependendo se é aquecido ou resfriado. Pode até representar um novo estado da matéria em temperaturas muito baixas.
Estudos têm mostrado que o vidro aparentemente desafia as leis da termodinâmica, confundindo as previsões científicas sobre como ele deveria se comportar sob certas condições. Todas essas descobertas tornam o estudo do vidro não apenas sobre o vidro em si, mas sobre tudo que entendemos ser verdade na física.
O desenvolvimento de vidros mais resistentes, rígidos e duradouros é útil em todos os tipos de produtos, de panelas a smartphones, e os pesquisadores esperam que suas descobertas levem a inovações práticas para esse material, bem como testes de laboratório mais detalhados.
“Nossas descobertas podem abrir um caminho para uma melhor compreensão dos sólidos amorfos de uma perspectiva mecânica”, diz o físico Hajime Tanaka, da Universidade de Tóquio.
Publicado em 06/10/2020 12h46
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