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A transição vítrea mágica: você sabe qual é a temperatura de transição vítrea?
Em nossas vidas diárias, entramos em contato com uma variedade de materiais de vidro, mas poucas pessoas pensam na ciência por trás desses materiais. O vidro é uma substância distinta com propriedades de transformação únicas, especialmente quando muda de um estado para outro. Este fenômeno é chamado de transferência vítrea, ou transição vítrea, e é um processo gradual e reversível que ocorre em materiais amorfos de um estado "vítreo" duro e quebradiço para um estado viscoso à medida que a temperatura aumenta.
O processo de transformação do vidro é um fenômeno misterioso porque mesmo na faixa de temperatura de até 500 K, essa transformação não causa alterações significativas na estrutura do material.
A temperatura de transição vítrea Tg é um parâmetro importante que descreve a faixa de temperatura dessa transição. Esta temperatura é sempre inferior ao ponto de fusão Tm do estado cristalino porque o vidro é essencialmente um estado de energia mais elevado. Muitos plásticos rígidos, como o poliestireno e o polimetilmetacrilato, normalmente têm uma Tg de cerca de 100 °C. Isto significa que eles permanecem sólidos abaixo desta temperatura e tornam-se mais macios e flexíveis acima desta temperatura.
A aplicação de elastômeros de borracha como poliisopreno e poliisobutileno é exatamente o oposto. Esses materiais são usados em um estado acima de sua Tg, no qual parecem macios e flexíveis. Essa estrutura reticulada impede o livre fluxo de moléculas, de modo que a borracha pode manter uma forma fixa à temperatura ambiente.
Embora as propriedades físicas do vidro mudem, a transição vítrea não é considerada uma mudança de fase, mas sim um fenômeno dinâmico que depende da história térmica.
Em muitos materiais, quando o processo de congelamento convencional é substituído pelo resfriamento rápido, a transição de fase cristalina é evitada e o estado vítreo é formado diretamente. Tais materiais têm capacidade de formação de vidro, a capacidade de permanecer num estado amorfo quando arrefecidos rapidamente. Esta propriedade está relacionada com a composição do material e pode ser prevista pela teoria da rigidez. A próxima questão é: a estrutura de um material que permanece em estado vítreo pode relaxar ainda mais com o tempo?
O vidro muda de estrutura lentamente dentro de sua faixa de transformação. Mesmo em temperaturas mais baixas, a configuração do vidro será relativamente estável, enquanto a estrutura de muitos materiais tenderá a um estado de equilíbrio térmico após uma certa quantidade de aquecimento ou resfriamento. Este processo demonstra o princípio básico da minimização da energia livre de Gibbs e fornece uma força motriz dinâmica que permite que a estrutura do vidro mude com o tempo.
Muitos investigadores acreditam que o vidro tem um estado dinamicamente bloqueado no qual a sua entropia e densidade dependem da sua história térmica, e que este estado não alcançará o equilíbrio térmico.
Quando se trata de transição vítrea, existe também o paradoxo de Schrödinger, ou seja, à medida que o líquido é super-resfriado, a diferença de entropia entre a fase líquida e a fase sólida diminui, e a temperatura quando a diferença de entropia é zero pode ser deduzida Esta temperatura é chamada de temperatura de Kauzmann. Isto levou à ideia de que o líquido poderia se autocristalizar antes de atingir essa temperatura. As numerosas hipóteses que procuram explicar o paradoxo de Kauzmann oferecem diferentes perspectivas sobre a natureza da transição vítrea.
A partir de pesquisas mais recentes, a definição da temperatura de transição vítrea não é uniforme e é afetada por diferentes padrões. Os resultados podem produzir valores diferentes em diferentes circunstâncias. Contudo, ao fazer estas medições, a taxa de resfriamento ou aquecimento pode afetar significativamente o valor medido de Tg. Explorar o fenômeno da transição vítrea em ambientes fechados nos faz pensar: existe uma maneira mais engenhosa de compreender as razões subjacentes a esse fenômeno?
