O Aerogel e um material extremamente leve, porem muito resistente. Na foto vemos um pequeno bloco de aerogel de 2,38 gramas sustentando um tijolo de 2,5 kg
Tambem e um otimo isolante termico. Na foto, fosforos separados de uma chama pelo aerogel nao sofrem dano nenhum
Aerogel
e um material
solido
poroso
extremamente leve derivado de um
gel
, cuja parte
liquida
foi substituida por um
gas
. O resultado desse processo e um bloco solido com
densidade
extremamente baixa
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e varias outras propriedades notaveis, como excelente eficiencia enquanto
isolante termico
e
eletrico
.
Devido a suas caracteristicas fisicas (baixa
densidade
,
transparencia
e
difusao
da
luz
) esse material ja foi apelidado de
fumaca solida
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e e o material mais leve que existe.
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O aerogel foi criado por
Steven Kistler
. Nao existem relatos precisos sobre o momento no qual Steven inventou o aerogel; entretanto, seu primeiro artigo sobre aerogeis foi publicado em 1931 na revista
Nature
. Em 1927, comecou o doutorado na
Universidade Stanford
, onde trabalhou pela primeira vez com geis com o professor J. W. Mc. Bain. Acredita-se que Steven comecou sua pesquisa sobre aerogeis nesse periodo. Relatos afirmam que a invencao do aerogel foi resultado de uma aposta com Charles Learned, para tentar substituir o liquido de gelatinas por gas, sem causar encolhimento.
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A producao de aerogel e feito pelo processo
sol-gel
. Primeiro um
gel
e criado em uma solucao e depois o seu liquido e cuidadosamente extraido de forma a deixar o aerogel intacto. A remocao do liquido do aerogel envolve um processo especial. Geis onde o liquido evapora normalmente sao conhecidos como xerogel. Enquanto o liquido evapora, forcas causadas pela
tensao superficial
sao suficientes para destruir a estrutura fragil do gel. Como resultado disso, xerogeis nao podem chegar a um alto nivel de porosidade, e encolhem consideravelmente apos secar.
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Em 1931, para criar os primeiros aerogeis, Kistler usou um processo conhecido como
secagem supercritica
. Aumentando a temperatura e pressao, ele forcou o liquido em um estado de
fluido supercritico
, onde tanto sua fase gasosa como liquida sao indistinguiveis, desse ponto ele podia diminuir a pressao e evaporar o gas instantaneamente, contando com a ausencia da tensao superficial, tornando-o capaz de remover o liquido de dentro do aerogel sem causar qualquer dano a sua delicada estrutura molecular.
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Enquanto isso pode ser feito com o
etanol
, as altas temperaturas e pressoes levam a perigosas condicoes de processamento. Uma forma mais segura de fabricacao, em temperaturas e pressoes bem reduzidas envolve uma troca de solvente. Isso normalmente e feito trocando etanol por
acetona
liquida, garantindo uma maior
miscibilidade
, depois novamente por
dioxido de carbono
liquido e entao levando-o ate depois de seu
ponto critico
.
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Uma variacao desse processo envolve a injecao direta de dioxido de carbono ja em estado supercritico diretamente dentro do recipiente contendo o aerogel. O resultado de qualquer um desses processos e a remocao completa de todo o liquido do gel, e sua substituicao por gas, sem criar um colapso da estrutura molecular, ou uma perda de volume.
Peter Tsou, da NASA, segurando um pedaco de aerogel
Aerogeis sao uma classe de materiais solidos mesoporosos com mais de 50% do volume poroso. Os aerogeis sao, normalmente, compostos por 90% a 99,8% de
ar
, com
densidades
de 1,1
mg
/
cm
3
ate em torno de 150 mg/cm
3
. O termo aerogel nao se refere a uma substancia em particular, mas sim a geometria formada por suas particulas, que em escala nanometrica lembram a estrutura de uma esponja, composta por uma rede de nanoparticulas interligadas. Portanto, muitas substancias podem formar aerogeis, por exemplo, o
dioxido de silicio
(SiO
2
), o
oxido de aluminio
(Al
2
O
3
), oxidos de
metais de transicao
e
lantanideos
,
metais calcogenideos
,
polimeros
organicos
e
inorganicos
, e
carbono
. Mesmo assim, o termo aerogel e normalmente usado para se referir especificamente ao gel de silicio.
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Uma flor em um pedaco de aerogel, suspensa sobre um
Bico de Bunsen
. Aerogeis tem excelentes propriedades isolantes, que isolam a flor do calor.
Apesar do nome, aerogeis sao materiais solidos, rigidos e secos, e que nao se assemelham a um gel em suas propriedades fisicas. Seu nome vem do fato de eles serem produtos derivados de geis. Apertar o aerogel levemente nao ira causar nenhuma marca, apertar com mais forca podera causar uma leve depressao permanente, porem, apertando com muita forca ira fazer com que a estrutura molecular entre em colapso, fazendo com que ele se estilhace como vidro (esta propriedade e tipicamente conhecida como friabilidade). Porem alguns aerogeis mais modernos nao apresentam este problema. Apesar disso, o material apresenta uma grande resistencia, devido a sua estrutura molecular em forma de
dendritos
.
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Aerogeis sao bons
isolantes termicos
pois eles praticamente eliminam duas das tres formas de
propagacao termica
(
conducao
e
conveccao
). Estas propriedades isolantes vem do fato que aerogeis sao formados quase que inteiramente por um gas, e estes sao pessimos condutores termicos. E importante ressaltar que aerogeis feitos de silica sao especialmente bons isolantes, pois a silica por si so tambem e um pessimo condutor (em comparacao, um aerogel produzido com algum metal seria menos eficiente nesse aspecto). Porem, aerogeis feitos de silica nao sao bons isolantes de
radiacao termica
, pois eles permitem que a radiacao infravermelha (que transporta calor), a atravesse.
Devido a sua natureza
higroscopica
, o aerogel age como um forte
dessecante
. Pessoas que manipulam o aerogel por periodos prolongados de tempo devem usar luvas de protecao para evitar o ressecamento da pele.
Aerogeis sao naturalmente
hidrofilicos
, mas tratamento quimicos podem fazer deles
hidrofobicos
. Caso eles venham a absorver umidade, sua estrutura pode ser modificada, deteriorando o material. Porem, o tratamento quimico evita isso. Um aerogel com interior hidrofobico e muito menos suscetivel a degradacao do que um aerogel com a apenas o exterior hidrofobico.
Stardust
. Seu coletor de poeira contem blocos de aerogel. (
NASA
)
Ha varias aplicacoes nas quais aerogeis sao usados:
- Comercialmente, aerogeis foram usados em forma granular para adicionar isolamento para claraboias;
- O aerogel de silica transparente e muito adequado como um material de isolamento termico para janelas, limitando significativamente as perdas termicas de edificios. Uma equipe de pesquisadores mostrou que a producao de aerogel em um ambiente sem gravidade pode produzir particulas com um tamanho mais uniforme e reduzir o efeito de
espalhamento de Rayleigh
no aerogel de silica, tornando o aerogel menos azul e mais transparente;
- Sua area de superficie elevada leva a muitas aplicacoes, tais como
adsorcao
quimica para limpeza de derramamentos. Essa propriedade tambem lhe confere grande potencial como catalisador ou como suporte catalisador;
- Particulas de aerogel tambem sao usados como agentes espessantes em algumas tintas e cosmeticos.
- Este artigo foi inicialmente traduzido, total ou parcialmente, do artigo da Wikipedia em
ingles
cujo titulo e ≪
Aerogel
≫.
Referencias
O
Commons
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Aerogel
Aerogel