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O vidro borossilicato é uma forma especializada de vidro que utiliza o ácido bórico como componente na sua fabricação. O resultado da adição do elemento boro é um tipo de vidro que é muito resistente ao choque térmico e apresenta um coeficiente muito mais baixo de expansão térmica do que o do vidro de silicato comum. Neste artigo, será apresentada uma revisão do vidro borossilicato, incluindo o seu desenvolvimento, propriedades e utilizações.

Para saber mais sobre outros tipos de vidro, reveja o nosso artigo sobre compreender o vidro.

Desenvolvimento de Vidro Borosilicato

Em 1882, um químico alemão chamado Otto Schott estava interessado em experimentar formas de criar vidro que tivesse a capacidade de resistir a mudanças repentinas de temperatura ou exposição a temperaturas irregulares sem se partir. Nesse ano, fez a descoberta que iniciou a criação de vidro borossilicato. Schott descobriu que a adição do elemento Boro ao processo de fabricação de vidro resultou numa forma de vidro resistente ao calor.

Trabalhos posteriores dos químicos W.C. Taylor e Eugene Sullivan na Corning Glass refinaram os esforços de Otto Schott e expandiram as propriedades resistentes à temperatura do vidro borossilicato. Como resultado destas inovações, cresceu a fabricação de vidro personalizada, onde existem agora mais de um milhão de diferentes formulações de vidro que podem ser personalizadas para necessidades específicas do produto, melhorando as propriedades físicas e mecânicas desejadas do vidro.

Talvez a aplicação mais conhecida para vidro borossilicato tenha crescido a partir de mais pesquisas na Corning Glass. Depois de ingressar na empresa em 1914, o físico Jesse Littleton teve a tarefa de testar e avaliar as propriedades físicas da recém-criada formulação de vidro. Depois do prato de caçarola de cerâmica da sua esposa ter partido acidentalmente, ela sugeriu que talvez este vidro resistente ao calor recentemente desenvolvido possa revelar-se um produto útil para cozer. Depois de ter testado a noção de fazer um bolo num recipiente de vidro que Littleton tinha trazido para casa, nasceu um novo uso para o vidro borossilicado – utensílios de cozinha de vidro. A Corning Glass introduziu uma linha de produtos conhecida como Pyrex^®_[1],que foi durante muitos anos da sua produção produzida com vidro borossilicato.

Propriedades de Vidro Borosilicato

O vidro borossilicato é geralmente quimicamente resistente, mas talvez a sua propriedade física mais notável seja o seu baixo coeficiente de expansão térmica, o que explica por que o vidro pode resistir a estilhaçar-se sob mudanças repentinas e rápidas de temperatura. O vidro geralmente é um mau condutor de calor, por isso, quando se pega em vidro quente e o mergulha em água fria, o exterior do vidro arrefece rapidamente enquanto o interior não. As tensões causadas pelo diferencial de temperatura fazem com que o vidro se estilhaça.

Com vidro borossilicato, a adição de ácido bórico (H₃BO₃) à formulação resulta num copo com um baixo coeficiente de expansão térmica, o que significa que quando o vidro é aquecido ou arrefecido, não se expande nem contrai muito. Esta estabilidade dimensional é o que permite que o vidro borossilicato seja capaz de suportar mudanças rápidas e extremas de temperatura sem rachar.

A composição química do vidro borossilicato consiste tipicamente em cerca de 81% de dióxido de silício (SiO₂₎e 13% de trióxido de boro (B₂O₃₎com menores concentrações de óxido de sódio e óxido de alumínio. (Note que as concentrações de óxido bórico podem variar, 5-13% é típico). O elemento Boro é o que fornece ao vidro a sua estabilidade dimensional para que o material não encolhe ou cresça à medida que a temperatura a que é exposto muda.

A tabela 1 abaixo resume as propriedades típicas do vidro borossilicato. Note na tabela o valor para o Coeficiente de Expansão Térmica Linear (3,3 x 10^-6) e a gama de temperaturas sobre a qual esse valor se aplica 20^oC, 300^oC. Este valor é de cerca de 1/3 do tradicional copo de soda-lima.

Tabela 1 – Propriedades de Vidro Borosilicato

Aplicações de Vidro Borosilicate

O problema inicial que estava a tentar ser resolvido na altura em que Otto Schott começou a experimentar com formulações de vidro era criar um vidro que pudesse resistir à exposição à temperatura extrema. Por exemplo, o vidro que era usado em lanternas naquela época acabaria por estilhaçar-se ou rachar em condições de chuva porque a chuva fria na superfície exterior do vidro causou um grande gradiente de temperatura quando comparado com a temperatura da face interior quente.

Assim que o vidro borossilicato ficou disponível, as suas aplicações tornaram-se imediatamente aparentes. Alguns dos usos comuns para o vidro borossilicato incluem:

• Vidros de laboratório
• Lentes científicas e espelhos quentes
• Utensílios e utensílios de cozinha
• Isolamento térmico
• Produtos de iluminação de alta intensidade
• Vidro de vista
• Lentes exteriores da aeronave
• Aquecedores de aquário
• Eletrónica
• Prototipagem rápida

Vidros de laboratório

A elevada estabilidade dimensional e a capacidade de tolerar a exposição a diferentes temperaturas ao mesmo tempo fazem do vidro borossilicado uma escolha de material natural para criar vidros laboratoriais, também chamados de labware. Placas de Petri, lâminas de microscópio, garrafas, copos, frascos, tubosde ensaio, funis e instrumentos de medição, como garrafas graduadas, são exemplos comuns. Além das propriedades térmicas favoráveis, o vidro borossilicato é muito resistente e não reativo à maioria dos produtos químicos.

Lentes científicas e espelhos quentes

O vidro borossilicato pode ser moldado em componentes óticos de alta precisão, tais como lentes para utilização em telescópios e outros dispositivos óticos de precisão. O baixo coeficiente de expansão térmica para vidro borossilicato significa que as propriedades óticas das lentes serão estáveis sobre as mudanças de temperatura, uma vez que a lente de vidro não mudará significativamente as suas dimensões. O vidro também é ideal para ser usado em espelhos quentes que refletem a luz infravermelha.

Utensílios e utensílios de cozinha

Entre os seus primeiros e mais comuns usos está a criação de utensílios domésticos e de produtos de cozinha. As propriedades térmicas dos utensílios de cozinha borossilicato permitem que seja transportado de um forno quente para uma bancada fria sem medo de partir ou estilhaçar. Também é utilizado em produtos como copos de medição e é seguro para uso em fornos de micro-ondas e máquinas de lavar louça.

Isolamento térmico

As propriedades térmicas do vidro borossilicato foram usadas para fabricar os azulejos térmicos que protegiam o vaivém espacial do calor da reentrada na atmosfera terrestre.

Produtos de iluminação de alta intensidade

As luzes de palco e os produtos de iluminação utilizados na indústria cinematográfica utilizam lentes de vidro borossilicato, uma vez que estas luzes podem atingir temperaturas elevadas quando operadas continuamente durante horas a fio. Outros produtos de lâmpada que utilizem descargas de alta intensidade (HID), tais como lâmpadas de vapor de mercúrio ou lâmpadas de halide metálico, utilizarão lentes borossilicadas ou envelopes exteriores.

Vidro de vista

Em processos industriais, os tanques fazem uso de óculos de visão que são muitas vezes fabricados a partir de vidro borossilicato. Estes óculos de visão permitem a monitorização visual de substâncias e processos sem a necessidade de abrir o tanque ou o recipiente de armazenamento, e sem interromper o processo.

Lentes exteriores da aeronave

As lâmpadas exteriores de uma aeronave utilizam lentes de vidro borossilicato devido às propriedades óticas claras (transmissibilidade) e à capacidade de suportar o diferencial de temperatura experimentado durante o voo de alta altitude. A figura 1 abaixo mostra um exemplo das características de transmissão ótica de um tipo de vidro borossilicato. Note o desempenho muito plano em todo o espectro de comprimento de onda de 300 a 1200 nm.

Crédito de imagem: https://www.schott.com/d/tubing/9a0f5126-6e35-43bd-bf2a-349912caf9f2/schott-algae-brochure-borosilicate.pdf

Aquecedores de aquário

Os aquecedores de aquário são uma aplicação muito comum para vidro borossilicato, onde o tubo aquecedor é exposto a um gradiente térmico do elemento de aquecimento do nichrome interior e a água muito mais fria no tanque.

Eletrónica

O vidro borossilicato é utilizado na indústria de fabricação de semicondutores para a electrónica moderna, onde as bolachas de silício podem ser ligadas a vidro borossilicato gravado.

Prototipagem rápida

Na modelação de deposição fundida, uma forma de impressão 3D ou fabrico de aditivos, o vidro borossilicato é um material ideal para utilização sobre o qual os materiais plásticos aquecidos e extrudidos são depositados durante o processo de construção.

Resumo

Este artigo forneceu uma breve revisão do que é o vidro borossilicato, o seu desenvolvimento, as propriedades materiais que tornam este material útil, e algumas das aplicações mais comuns que o utilizam. Para obter informações sobre outros produtos, consulte os nossos guias adicionais ou visite a Plataforma de Descoberta do Fornecedor Thomas para localizar potenciais fontes de fornecimento ou ver detalhes sobre produtos específicos.

Fonte