Classes de materiais: metálicos, polímeros, cerâmicos e compósitos

Classifique cada material na respetiva grande classe: (a) o alumínio de uma lata de refrigerante; (b) o PET de uma garrafa de água; (c) a porcelana de uma chávena; (d) a fibra de vidro do casco de um pequeno barco.

1. 01(a) alumínio

   Metal com brilho, condutor e dúctil; ligação metálica → classe dos materiais metálicos.

2. 02(b) PET

   Macromolécula leve, isoladora, moldável e transparente; cadeias com forças de van der Waals → classe dos materiais poliméricos.

3. 03(c) porcelana

   Material inorgânico não metálico, duro, frágil e refratário; ligação iónica/covalente → classe dos materiais cerâmicos.

4. 04(d) fibra de vidro

   Matriz polimérica reforçada com fibras de vidro, com elevada relação resistência/peso → classe dos materiais compósitos.

Resultado: (a) metálico; (b) polimérico; (c) cerâmico; (d) compósito — um exemplo de cada uma das quatro grandes classes.

Uma peça maciça tem massa de 216 g e volume de 80 cm³. Calcule a sua massa volúmica e indique, justificando, a que grande classe de materiais pertence provavelmente.

1. 01Aplicar a definição

   A massa volúmica é a razão entre a massa e o volume.

   $$\rho = \dfrac{m}{V}$$
2. 02Substituir os valores

   Com m = 216 g e V = 80 cm³.

   $$\rho = \dfrac{216}{80} = 2{,}70\ \mathrm{g/cm}^3$$
3. 03Comparar e concluir

   2,70 g/cm³ é muito superior à dos polímeros (≈ 0,9–1,4) e próxima da fronteira dos cerâmicos (vidro ≈ 2,5); corresponde ao alumínio (2,70 g/cm³). O brilho, a condução e a ductilidade confirmariam tratar-se de um metal.

Resultado: ρ = 2,70 g/cm³ → material metálico, compatível com o alumínio.

O quartzo e o vidro comum têm ambos a sílica (SiO₂) como constituinte principal, mas o quartzo é cristalino e o vidro é amorfo. Explique a diferença de estrutura interna e indique uma consequência observável dessa diferença.

1. 01Quartzo (cristalino)

   Os átomos de silício e de oxigénio organizam-se numa rede cristalina ordenada e periódica, com ordem de longo alcance; daí resultam faces planas naturais e um ponto de fusão bem definido (cerca de 1700 °C).

2. 02Vidro (amorfo)

   A mesma composição, mas com arranjo desordenado — um líquido «congelado» sem ordem de longo alcance; não tem ponto de fusão definido, amolece gradualmente (transição vítrea) e é transparente.

3. 03Consequência observável

   O vidro amolece progressivamente com o calor e pode ser moldado/soprado a quente; o quartzo cristalino funde a uma temperatura definida e cliva segundo planos.

Resultado: Mesma composição, estruturas diferentes: cristalina (ordenada) no quartzo, amorfa (desordenada) no vidro — daí o vidro amolecer gradualmente e ser transparente e moldável a quente.

Indique se cada material é natural ou sintético e a que grande classe pertence: (a) madeira; (b) aço; (c) polietileno; (d) vidro. Comente o caso do aço.

1. 01(a) madeira

   Natural; quanto à classe, é um compósito natural (fibras de celulose numa matriz de lenhina).

2. 02(b) aço

   Sintético (obtido por transformação do minério de ferro com adição de carbono); quanto à classe, é metálico.

3. 03(c) polietileno

   Sintético (polimerização a partir de derivados do petróleo); quanto à classe, é polimérico.

4. 04(d) vidro

   Sintético (fusão da sílica); quanto à classe, é cerâmico (amorfo).

5. 05Comentar o aço

   O aço mostra que a fronteira natural/sintético nem sempre é nítida: parte de uma matéria-prima natural (o minério), mas resulta de intensa transformação humana, pelo que é um material sintético (transformado).

Resultado: (a) natural/compósito; (b) sintético/metálico; (c) sintético/polimérico; (d) sintético/cerâmico. O aço parte de um recurso natural, mas é um material sintético.