Piroeletricidade da Turmalina

      A piroeletricidade é uma propriedade interessante da turmalina, um mineral que exibe a capacidade de gerar uma carga elétrica quando submetido a variações de temperatura. Isso ocorre devido à assimetria estrutural da rede atômica do mineral. Quando a temperatura do mineral muda, os átomos se deslocam de maneira desigual, modifica ligeiramente suas posições dentro da estrutura cristalina, provocando uma mudança na polarização elétrica do material, causando um desequilíbrio entre as cargas positivas e negativas.

       Esse desequilíbrio resulta na geração de uma carga elétrica líquida, que pode ser coletada usando eletrodos e medida com um voltímetro, como demostrado no experimento feito aqui em casa (01/20). A turmalina já foi usada em sensores de temperatura e detectores de radiação infravermelha, para medições científicas e industriais que envolvem a detecção de variações de temperatura.

Obtenção do Minério de Ferro da Região de Teixeiras/Pedra do Anta – MG, pelo método da decantação magnética e verificação da presença mineral da Magnetita

Obtaining of the iron ore from Teixeiras / Pedra do Anta - MG, by the magnetic decantation method and verification of the magnetite mineral presence.

Wenderson Rodrigues F. da Silva - Viçosa, 8 de janeiro de 2020.

Introdução:

Um minério é um mineral ou uma associação de minerais (rocha) que pode ser explorado do ponto de vista comercial (GERRA, 1969). Rochas e solos com alto teor de minerais como a Hematita (Fe2O3) e Magnetita (Fe3O4), são explorados para obtenção do elemento químico ferro. Em regiões com a presença mineral da calcopirita (CuFeS₂), extrai-se o cobre e quando há a existência de bauxita (mistura de óxidos de alumínio), explora-se o alumínio. Estes são alguns exemplos de minérios, mas há também aqueles que fornecem metais como o chumbo, estanho, zinco, manganês, prata, ouro, uranio, dentre outros.

A obtenção desses metais dos minérios presentes na crosta terrestre é de fundamental importância para manutenção dos recursos utilizados na vida moderna. Todavia, a mineração, bem como todo o ciclo de produção, altera habitats naturais, podem desalojar comunidades, modificam a paisagem e, como ocorrido em em Minas Gerais, nas cidades de Mariana (2015) e em Brumadinho (2018), quando realizada de forma desonesta e irresponsável, pode causar grandes tragédias humanas e ambientais.

O Quadrilátero Ferrífero, localizado na região centro-sul em Minas Gerais (Figura 1 (A)), é a região de maior concentração de minério de ferro (Hematita e Magnetita) do Brasil, fazendo do país o segundo maior produtor mundial, sendo que cerca de 70% da produção provem das minas do Quadrilátero Ferrífero (IBRAM, 2009).

Figura 1 - (A): quadrilátero Ferrífero no interior da região em amarelo, a qual foi extraída de (CPRM, 2020). (B): vista aérea do relevo da região onde foi coletado a amostra aqui analisada, antes da mineração. O símbolo de localização em vermelho está posicionado no local.

A região onde coletou-se a amostra de solo (ponto em vermelho na Figura 1) faz fronteira com o quadrilátero (cerca de 80 km da cidade de Ouro Preto), localizada na divisa do município de Teixeiras e Pedra do Anda. Há uma mineradora explorando o minério de ferro na região. Afim de obter o minério de ferro do solo analisado, que é predominantemente composto pelo mineral Magnetita (Fe3O4) (DE FATO, 2019), foi utilizado métodos simples de separação, tais como decantação e separação magnética, com os quais pode-se refinar o solo analisado e obter tal minério.

Figura 2 - Vista da região minerada.

Materiais e Métodos:

De início, “lavou-se” o solo, com auxílio de um super imã (neodímio), um Becker e água, por meio da decantação com auxílio de um campo magnético. Misturou-se uma amostra de massa igual a 400g com água em um Becker e posicionou-se o imã no centro do mesmo, como pode-se observar na (Figura 3 (B)) abaixo. Com a solução ainda em movimento dentro do Becker, retirou-se a parte líquida, preservando o material sólido depositado no fundo do recipiente. Para a primeira parte líquida descartada, lavou-se novamente e retirou-se os grãos maiores de minério utilizando o imã diretamente em contato com a amostra (Figura 3 (A)). Mais duas decantações magnéticas foram realizadas, afim de retirar a porção de solo magnetizável residual presente na amostra.

Figura 3 – (A) separação magnética direta utilizando um imã (primeira lavagem. (B) decantação magnética da solução de solo contendo minério de ferro.

Resultados e Discussão:

            Após o procedimento supracitado acima, obteve-se o minério de ferro presente na amostra, como mostrado na Figura (4) abaixo.

Figura 4 – Minério de ferro obtido do refino de 400 g de solo.

          Obteve-se cerca de 150g de minério, os quais estão incrustados por cristais de Quartzo, sendo esse último não utilizado na produção de ferro. Vale ressaltar que só uma porção do minério extraído do solo é aproveitado na produção de metais, pois parte da porção, como mencionado acima, é de minerais incrustados, não utilizados na produção metalúrgica. Como forma de comparação, o teor de ferro no minério da região do Quadrilátero Ferrífero já chegou a ser maior que 60% (SOUZA, 2010).

             Verificação da presença mineral da Magnetita

           Como forma de verificar se tal mineral é de fato a Magnetita, fez-se um teste com auxilio de uma bússola e um medidor de polaridade do campo magnético caseiro. A intensidade do campo foi medida com um outro detector de campo magnético caseiro (que em breve será publicado na revista brasileira de ensino de física) em uma das amostras, e foi de 6 militesla. A polaridade magnética produzida pela amostra mineral foi detectada e pode ser observada no Vídeo (B) abaixo.

Vídeo (A) - Verificando a presença do campo magnético do minério.

Vídeo (B) - Teste da polaridade magnética do minério.

 Como pode-se observar no Vídeo (A) acima, na situação em que a Hematita é mantida próxima do imã da bússola, ela sempre é atraída, independente da orientação do mineral, se comportando com um corpo magnetizado qualquer, sendo sempre atraída pelo imã. Como a Magnetita apresenta um campo magnético próprio, quando é levada às proximidades do imã da bússola, ele tende a repelir ou atrair a agulha da bússola, dependendo da orientação das linhas dos campos magnéticos envolvidos (campos magnéticos de mesmo nome se repelem e de nomes contrários se atraem). Logo, como se observa tal comportamento, hora o o mineral é atraído pelo imã da bussola, hora repelido, pode-se inferir, com base nesses simples testes, que se trata do mineral magnético, a Magnetita. 

          A Magnetita presente nessa região provavelmente deve ter sua origem na rocha ígnea intrusiva Diabásio e no solo derivado dessa rocha, a qual ocorre com frequência em forma de diques em toda região circundante.

Conclusão:

Por meio dos processos de decantação e separação magnética, pode-se refinar o minério de ferro em casa, bem como verificar a presença mineral da Magnetita na amostra analisada. Obteve-se cerca de 150g de minério em uma amostra de 400g de solo. A abordagem aqui apresentada é de caráter puramente investigativo, com o intuído de investigar os constituintes e as propriedades dos recursos geológicos da região minerada, não sendo, portanto, um resultado definitivo da qualidade mineralógica daquela região.

Referências:

GERRA, A. T. Dicionário Geológico – Geomorfológico. 3.ed. Rio de Janeiro: Fundação IBGE, 1969.

IBRAM. 2009. Disponível em: < http://www.ibram.org.br/ >. Acesso em: 06 Jan.  2020.

DE FATO, Brasil. Teixeiras: mais uma comunidade na mira da mineração em Minas Gerais. Belo Horizonte (MG). 2019. Disponível em: https://www.brasildefato.com.br/2019/04/16/teixeiras-mais-uma-comunidade-na-mira-da-mineracao/. Acesso em: 06 Jan.  2020.

KLEIN, C., LADEIRA, E.A. Geochemistry and petrology of some Proterocoic banded iron-formations of the Quadrilátero Ferrífero, Minas Gerais, Brazil. Economic Geology 95, 405-428. 2000.

CPRM. Mapas: Aspectos geológicos, históricos e turísticos. Disponível em: https://www.cprm.gov.br/publique/media/gestao_territorial/geoparques/estrada_real/mapa_geologico.html. Acesso em: 06 Jan.  2020.

SOUZA. N. A. F. Análise crítica de rotas de processamento de minérios de ferro itabiríticos. Rio de Janeiro: UFRJ / Escola Politécnica. 2010.

Capilaridade em diferentes tipos de Solos

Em breve será publicado.

Análise do crescimento de um cristal de Sulfato de Cobre.

Estudo quantitativo sobre a taxa de crescimento de um cristal de $CuSO_{4}$

Quantitative study on the growth rate of a $CuSO_{4}$ crystal

Wenderson Rodrigues Fialho da Silva – Viçosa, ‎13‎ de ‎outubro‎ de ‎2018.

Figura 1 - Monocristal de Sulfato de Cobre.

O monocristal de sulfato de cobre $CuSO_{4}. 5H_{2}O$  de massa $M = 21,98g$  e com $5𝑐𝑚$  de comprimento (Figura 1 acima) foi obtido por meio de uma solução supersaturada, dissolvendo-se 200g de $CuSO_{4}.5H_{2}O$  (sulfato de cobre penta-hidratado, utilizado, entre outros, para limpeza de piscinas) em 200g de água à aproximadamente 100ºC. O produto dessa dissolução gerou uma solução supersaturada, a qual, no resfriamento, gerou vários cristais, com dimensões de alguns milímetros, dos quais um foi retirado para continuar o processo de cristalização (o cristal mais bem formado, com as faces bem definidas), com massa $M_{inicial} = 0,98g$ . Os demais foram retirados da solução.

        Após uma filtragem para separar os demais cristais da solução, o cristal escolhido para continuar a cristalização foi amarrado em uma linha de costura presa em um palito (figura 2), depois colocado novamente na solução e o conjunto levado para um local sombreado (temperatura ambiente) e sem perturbações mecânicas. Todo o conjunto foi tapado com um papel toalha.

Figura - 2.

Semanalmente foi filtrada a solução afim de deixa-la limpa e evitar possíveis interferências de algumas partículas do ar (poeira) dissolvidas na solução que pudessem prejudicar a pureza do cristal.

          Semanalmente, também, foi medido a massa do cristal, com uma balança com precisão de duas casas decimais, afim de construir um estudo analítico quantitativo sobre crescimento do cristal $𝐶𝑢𝑆𝑂_{4}$. O processo de pesagem foi feito retirando o cristal da solução e, logo após, encostando-o em um papel toalha, afim de retirar a solução do seu corpo. Sem pressionar o cristal contra o papel, simplesmente, deixando-o sobre aquele. Logo após, foi medido a sua massa e o tempo decorrido de crescimento associado a medição, e os valores correspondentes registrados.

           Feito isso, com um intervalo de tempo de dois meses, foi possível construir a tabela 1 abaixo e com ela plotar um gráfico que se segue:

É possível retirar algumas informações interessantes a respeito do modo como o cristal cresceu. Claramente pode-se observar uma tendência linear de crescimento, ou seja, diante dos dados coletados, o valor slope refere-se à inclinação da reta que melhor se correlaciona com os pontos experimentais, e indica a massa adquirida diariamente pelo cristal, que é de $0,29g$ . O valor Intercept nos mostra qual é o ponto onde a reta da regressão intercepta o eixo y, ou seja, qual era a massa inicial do cristal quando $t = 0$ , sendo esta igual a $0,91g$, massa do primeiro cristal coletado e pendurado no barbante. Esse valor, comparado com o valor medido no início do experimento $𝑀_{𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙} = 0,98g$, mostrou-se bem próximo, com um erro percentual de apenas $6,58%$.

          Analisando o gráfico acima, em que na regressão foi omitido o último ponto (explicação a seguir), podemos obter uma equação que descreve como o cristal cresce (adquire massa) em função do tempo. A equação é a seguinte:

$𝑀(𝑡) = 0,29𝑡 + 0,92$

em que  $M$ é a massa do cristal e $t$ é o tempo de crescimento.

           O último ponto foi omitido pois, para ele, o cristal já não mais adquiriu massa, como pode-se observar na tabela acima, sendo esse ponto correspondente a um tempo entre 71 e 78 dias, a massa do cristal não cresceu mais, sendo esse período, de aproximadamente 2,5 meses, o tempo limite  relacionado ao crescimento desse cristal nessa solução, pois, como não foi acrescentada novas soluções supersaturas a aquela usado no crescimento, a massa de sulfato de cobre disponível na solução diminuía, enquanto a do monocristal aumentava, até que se atingia um equilíbrio químico no meio, e não mais migrasse íons da solução para o cristal e vice-versa.

Esse equilíbrio químico acontece quando a solução adquire maior estabilidade nas condições ambientes onde ela está inserida. Logo, pode ser afetado pela temperatura, pressão e umidade locais. Acredito que, a partir de 71 dias de crescimento, esse equilíbrio foi atingido, mas perturbações ambientes foram as que provocaram uma ligeira diminuição da massa do cristal nesses últimos dias, fazendo com que o cristal cedesse íons para a solução, e diminuísse sua massa.

Para finalizar, um exercício interessante utilizando a equação acima pode ser feito. Supondo que a regressão feita seja válida para o caso em que fosse trocada, periodicamente, a solução supersaturada por uma nova, qual seria o tempo para que se pudesse obter um monocristal de 1kg de  $CuSO_{4}$  ?

Utilizando a equação acima, verifica-se que:

$𝑀(𝑡) = 0,29𝑡+0,92  →  𝑡=(𝑀(𝑡)−0,92)/0,29 = 3445 𝑑𝑖𝑎𝑠 ≅ 115 𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠 ≅ 9,6 𝑎𝑛𝑜𝑠.$

Um tempo que, para um cultivo em laboratório seria uma eternidade, porém, na natureza, um tempo geológico muito curto. Na natureza, esse cristal ocorre como os minerais Calcantite, Bonatite, Boothite [1], entre outros.

Em breve publicarei aqui sobre outros cristais que cresci em casa e seus correspondentes na natureza. Estou pesquisando também sobre uma possível relação das dimensões da cela unitária do cristal com as dimensões das faces macroscópicas do mesmo. Ainda estou estudando e, caso obtenha algo interessante, publicarei aqui (http://www.meu-cosmos.blogspot.com).

Referências Bibliográficas:

[1] - https://ru.crystalls.info/%D0%A1%D1%83%D0%BB%D1%8C%D1%84%D0%B0%D1%82_%D0%BC%D0%B5%D0%B4%D0%B8(II) 

DANA, J. D. Manual de mineralogia (Vol. 1). 3ª edição. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora S.A. 1976.

BRANCO, Pércio de Morais. Dicionário de Mineralogia. 3ª edição. Porto Alegre: Sagra, 1987.

LEINS, V.; CAMPOS, J. E. S. Guia para determinação de minerais. 11ª edição. São Paulo: Editora Nacional, 1991.

Nota de uma aula de campo (geologia/pedologia) da UFV.

Aula de campo sobre solos aos arredores de Viçosa - MG

Wenderson Rodrigues Fialho da Silva -  Viçosa, 20 de Agosto de 2018.

Primeira parada: Solo gnáissico aos arredores da ESUV.

Morro analisado.

       O solo apresentou-se, nesta localidade, com dois horizontes bem definidos. O horizonte C foi distinguido por apresentar mais características da rocha mãe, o gnaisse. Essa é uma rocha metamórfica, de origem ígnea (ortognaisse), com estrutura orientada (bandeamento gnáissico), cuja constituição mineralógica é composta de feldspato de potássio (linhas claras), quartzo e a mica biotita (regiões escuras), podendo haver outros minerais acessórios, dependendo das condições de formação (o que vale para outras rochas).

Amostra de um gnaisse da minha coleção.

Amostra de gnaisse aqui da horta. Essa rocha é amplamente usada na construção civil, principalmente nas fundações.

          Ele também ( horizonte C) se encontra numa região mais baixa do barranco analisado. Lá foi possível observar fragmentos de um bandeamento gnáissico, contendo linhas brancas, as quais concluímos que se trata da caulinita (argila silicatada 1:1), produto do intemperismo (hidrolise) do feldspato constituinte do gnaisse. Abaxo a reação química da hidrolise do feldspato de potássio: 

$KAlSi_{3}O_{8} (K feldspato) + H^+ + OH^- \rightarrow H(AlSi_{3}O_{8}) + K^+ + OH^-$  [1]

     Os elementos do produto dessa reação química reagem com o $Al$  formando aluminossilicatos hidratados (argilominerais), como, por exemplo, a caulinita, como se segue na reação abaixo:

$2H(AlSi_{3}O_{8}) + 5H^+ + 5OH^- \rightarrow Al2Si_{2}O_{5}(OH)_{4} (caulinita) + 4H_{2}SiO_{3}$  [1]

    Foi também observada veios de quartzo rodeados pelos veios brancos da caulinita. O solo nesse horizonte se apresentou mais úmido e com uma cor resultante avermelhada roxeada, cor essa que concluímos ser causada pelo ferro da biotita oxidado, transformado em hematita (argila oxidica) misturado com caulinita (branca). Essa região chamamos de saprolito, local onde a rocha está apodrecendo. 

Horizonte C

        No horizonte B, coletado 6 metros acima na vertical (em relação ao horizonte C), o solo já não apresentava as características do bandeamento gnáissico e não era possível mais distinguir os constituintes a olho nu. O solo já se apresentava mais seco e com uma proporção alta de torrões compactados. A cor já tinha um tom mais alaranjado, possivelmente resultante da hidratação do ferro que estava presente na rocha mãe (reação abaixo), como dito, na forma do mineral biotita, resultando, agora, em goethita (outra argila oxidica).

$Fe_{2}O_{3} + H_{2}O \rightarrow 2FeO(OH)$  [1]

                                                            Hematita                  goethita

                                                           (vermelha)               (amarela)  

Horizonte B

       O horizonte A estava em uma localidade acima da recomendada para análise na aula e não foi analisado. Ao conjunto dos horizontes de solos aqui citados dá-se o nome de regolito. Por se tratar de um solo já bem intemperizado, com camadas de solo que podem variar até algumas dezenas de metros, trata-se de um solo antigo, chamado, tecnicamente, de Latossolo. 

        Um estudo mais detalhado desse solo para as Aulas de Campo da  disciplina SOL220 foi realizado pelo Departamento de Solos -UFV, afim de aprimorar a compreensão sobre a análise de um solo. Segue abaixo:

Análise do perfil do solo próximo a ESUV, o mesmo aqui citado.

Segunda parada: Solo diabásico aos arredores da CENTEV.

Eu e a rocha mãe desse solo, o diabásio, em Julho de 2015.

         Nessa região pode-se observar, logo na chegada (imagem acima), a rocha mãe geradora do solo naquela microrregião analisada, o diabásio. Essa rocha ígnea intrusiva ocorre principalmente na forma de diques ( intromissão de magma em forma alongada através das camadas da crosta terrestre [2]) ou em massa intrusivas (derramamentos). É uma rocha básica de cor escura e a composição mineralógica é de plagioclásios básicos (labradorita), piroxênios (principalmente a augita), magnetita e ilmenita.

Amostra de um diabásio da minha coleção.

           Foi possível observar uma tonalidade de cores mais contrastadas no barranco analisado. Coletamos quatro amostras em um raio vertical de 4 metros, podendo-se notar uma variação acentuada das cores do solo, variando do bege esbranquiçado, no sopé do barranco e, na direção vertical para cima, tendo tonalidades amareladas, alaranjadas e mais no topo, avermelhadas. Havia umas espécies de “figuras” (3ª imagem abaixo) em forma de círculo no barranco, na região mais baixa, aos quais acreditamos ser resquícios de uma atividade de intemperismo do diabásio, o qual, tanto nessas figura como na rocha analisada fora do barranco, apresentou uma geometria equivalente, tendo um formato, como citado pelo professor Márcio Francelino, o mesmo de uma casca de cebola soltando. A essa forma com que determinadas rochas se intemperizam, principalmente  aquelas com granulometria fina e uniforme, da-se o nome de esfoliação esferoidal.

Esfoliação esferoidal do diabásio. Essa amostrá não é da região analisada aqui.

Esfoliação na rocha Diabásio (região analisada).

Resquícios da rocha no barranco (região analisada).

Registro da esfoliação esferoidal do diabásio no perfil do barranco (região analisada). Horizonte C.

      Acreditamos que o horizonte C é o que estava mais próximo da rocha mãe, o com cor bege esbranquiçado, indo em direção ao horizonte B e A mais no topo do barranco, com o B apresentando-se mais vermelho-amarronzando. Trata-se, também, de um Latossolo. 

Horizonte C, mais no sopé do barranco (região analisada).

Horizonte B, no topo do barranco.

          Como o diabásio apresenta em sua constituição um mineral ferromagnético, a magnetita ($Fe_{3}O_{4}$), foi feito um teste magnético com o imã, com intuito de observar uma possível atração e compara-lo com aqueles solos coletados na ESUV (que também tem um mineral ferro magnético, a hematita ($Fe_{2}O_{3}$), mas que não apresenta atração magnética no solo forte quanto a da magnetita, o que contribuí para suas distinções). O solo do diabássio apresentou ser mais magnético, sendo mais atraído pelo imã do que o solo gnáissico, como pode-se observar na figura abaixo:

Atração Magnético dos solos.

          Tanto o MINERAL hematita quanto a magnetita são atraídas por imãs. Talvez o grau de oxidação do ferro, que na hematita é $Fe^{2+}$ e na magnetita $Fe^{3+}$, ou até mesmo a concentração de ferro em ambos os solos, que podem ser diferentes, interferem na atração, fazendo com que no solo gnáissico não se observar atração magnética.

 Em breve postarei experimentos sobre plasticidade, porosidade, estrutura e capilaridade em solos. 

Referências Bibliográficas:

[1] Geologia e Pedologia - Universidade Federal de Viçosa, Centro de Ciências Agrárias, Departamento de Solos.

[2] GERRA, A. T. Dicionário Geológico – Geomorfológico. 3.ed. Rio de Janeiro: Fundação IBGE, 1969. 

DANA, J. D. Manual de mineralogia (Vol. 1). 3ª edição. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora S.A. 1976.

LEINS, V.; AMARAL, S. E. Geologia Geral. 15.ed. São Paulo: Ed. Nacional, 2001.

QUAL O PAPEL DAS MICAS (MUSCOVITA) NOS FERROS DE PASSAR ROUPAS ANTIGOS?

WHAT IS THE ROLE OF MICAS (MUSCOVITA) IN IRONING OF OLD CLOTHING?

• 1 Qual o papel das micas nos ferros de passar roupas antigos?
• 2  Quais as propriedades destes minerais que os tornam úteis para tais fins?
• 3.  Por qual material esse mineral foi substituído nos ferros de passar modernos?

As micas, como a muscovita, biotita, lepidolita, fuchsita, entre outras, pertencem a um grupo de minerais silicatados (os filossilicatos, do grego φύλλον phyllon, folha) cuja estrutura possibilita a obtenção de finas lâminas, as quais apresentam propriedades térmicas, ópticas e elétricas apropriadas para usos em equipamentos eletroeletrônicos, elétricos e térmicos.

Um desses usos é o emprego de lâminas finas de muscovita na estrutura responsável pelo aquecimento dos ferros de passar roupas mais antigos. A muscovita, como as outras micas, apresentam propriedades térmicas como, alto ponto de fusão (temperatura a partir da qual um sólido começa a derreter), em torno de 600ºC [1]; baixa condutividade térmica (0,7 W/mK)[2], em comparação, por exemplo, com o diamante (1000 W/mK )[2] e o cobre (90..400 W/mK)[2], esse ultimo conhecido bom condutor de calor. Isso porque quando aquecida, o calor demora muito para se espalhar ao longo de sua estrutura, ou seja, a energia fornecida em forma de calor quase que fica somente no local onde o aquecimento ocorreu, isolando o calor fornecido naquela região, sendo, portanto, um isolante térmico, diferente dos metais, como o cobre citado acima, ou o alumínio em uma panela que, quando segurada pelo cabo e aquecida, logo se percebe o calor chegando nas mãos. Exibe também propriedades elétricas como dieletricidade (é um isolante elétrico, ou seja, a “força elétrica” (voltagem necessária para fazer a mica conduzir eletricidade (romper essa rigidez dielétrica) é de cerca de (118.000 volts/1 centímetro de espessura de mica [3]), ou seja, em aplicações usuais, a mica é um ótimo isolante elétrico, o que implica que ela tem uma alta resistência a passagem de eletricidade em sua estrutura (alta resistência elétrica).

No caso dos ferros de passar roupas antigos, a mica atua não como o resistor (o responsável por converter energia elétrica em energia térmica (efeito Joule)) mas sim como um radiador dessa energia convertida por um filamento metálico (imagem 1), comumente, de níquel-cromo (o mesmo utilizado nos secadores de cabelos e nas resistências de chuveiros). Esse radiador de calor gerado pelo filamento, distribuí a energia térmica para o ferro de passar não somente por condução( pelo contato direto da muscovita com a carcaça do ferro), mas principalmente por radiação (as micas são boas radiadoras de calor, com coeficiente de emissividade igual a 0,75 [4], sendo os materiais mais emissivos tendo valores máximos próximos de 1), além de isolar o filamento do restante da carcaça do aparelho.

Figura 1 - Resistência de Mica de um ferro de passar

            Vale lembrar que o calor se propaga por três modos: condução (onde há o contato direto do corpo quente com o corpo frio), por convecção (onde a transferência da energia térmica se dá pelo deslocamento de massas de algum fluido, líquido ou gás, saído de uma região fria para uma mais quente e, com isso, transferido calor para sua vizinhança nesse trajeto) e por radiação, onde a energia se propaga por meio de ondas eletromagnéticas com propriedades específicas, as quais possibilitam essas ondas interagirem com a matéria e transferirem sua energia em forma de calor. Quando mencionado que as micas possuem baixa condutividade térmica, estava referindo a baixa condutividade térmica para a transferência de calor por condução. No ferro de passar a mica transfere esse calor gerado pelo filamento principalmente  por radiação (há transferência por condução na região de  contato com o filamento também), ou seja, o filamento aquece a uma temperatura que o faz emitir ondas eletromagnéticas na região do infravermelho (com comprimentos de onda associados a temperatura do filamento) e a mica absorve essas “ondas de calor” e as reemite, de forma estável e uniforme ao logo de sua estrutura (ponto principal que justifica seu uso, além do isolamento), para todas as direções, e essas ondas interagem com a carcaça do ferro de passar e o aquece, sem que haja o contato direto, transferindo o calor para ele e elevando sua temperatura.

 Mas porque ao invés de usar a mica não colocar o filamento aquecido pela passagem da corrente elétrica diretamente em contato com a superfície de aquecimento do ferro de passar? A resposta é simples, isso poderia causar um choque em quem manuseia o aparelho, tendo em vista que, caso ele tocasse sobre sua parte metálica, que por sua vez estaria em contato com o fio que é percorrido por eletricidade, faria com que essa eletricidade viesse a passar pelo seu corpo, produzindo contrações musculares, o famoso choque elétrico. Portanto as micas têm um segundo papel importante nessa história, isolar eletricamente o filamento do resto do equipamento, evitando possíveis choques.

Os ferros modernos mais simples usam como elemento de aquecimento ainda um filamento de uma liga metálica mas como radiador, não mais a mica, mas sim materiais com propriedades semelhantes, como algumas cerâmicas.  Procurem na internet sobre heating elements e também por Micathermic heater.

Das micas, a muscovita é a mais utilizada, principalmente devido a sua maior estabilidade química nas condições ambientes (por exemplo, a biotita se intemperiza muita mais rapidamente nas condições normais de pressão e temperatura, principalmente por ter em sua constituição o ferro, que se oxida facilmente, mudando a estrutura do mineral e o modificando (intemperizando)).  A muscovita é empregada em várias outras aplicações, dentre elas, o seu uso na eletrônica em  válvulas termoiônicas e em capacitores elétricos, onde atuam com isolantes elétricos dos terminais das válvulas e das placas dos capacitores, respectivamente. Em contadores Geiger (medidores de radiação ionizante) a muscovita é usada com janela para passagem da radiação alfa para dentro do tudo detector, cujo interior é de um vácuo de gás e a mica tem o papel de manter esse vácuo e deixar as partículas entrarem, pois outros materiais, como o alumínio, por exemplo, manteria o vácuo no tubo mas não deixaria as partículas entrarem. Na óptica. utiliza-se a muscovita em polarizadores de luz visível, devido a sua estrutura possibilitar o fenômeno da birrefringência nessa região do espectro eletromagnético.

#Em breve postarei aqui alguns experimentos sobre a birrefringência da muscovita e de um outro mineral opticamente especial, a calcita. 

Wenderson Rodrigues Fialho da Silva – Viçosa, 16 de julho de 2018

[1] http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Geophys/meltrock.html                                                    [2] http://www.universal-science.com/wp-content/uploads/2012/08/Thermal-conductivity-table.pdf                                                                                                                                                                [3] https://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric_strength#cite_note-CRC-6                                                        [4] https://www.omega.com/temperature/z/pdf/z088-089.pdf