Composición y tipos El vidrio es un material duro y frágil, resultante de una mezcla compleja de tres componentes básicos: •
Vitrificantes: sílice, anhídrido bórico, etc.
•
Fundentes: carbonato de sosa, álcalis en general y otros.
•
Estabilizantes: cal.
i bien estos componentes son sólidos de estructura cristalina, no ocurre lo mismo con la materia vítrea !ue se obtiene al solidificarse la mezcla, ya !ue "sta es desde el punto de vista físico, un lí!uido cuya dureza debe interpretarse como la consecuencia de una e#traordinaria viscosidad. $ormalmente es transparente por!ue, lo mismo !ue el agua, tiene una estructura molecular !ue permite el paso de los rayos luminosos entre los átomos dispuestos irregularmente. Ciertos aditivos %ó#idos de hierro, ní!uel, cobalto, etc& permiten obtener los vidrios coloreados. 'a composición del vidrio básicamente no ha variado desde la antig(edad, siendo los aditivos especiales los !ue les dan sus características específicas.
)ipos •
Hueco :e obtiene por soplado %automática o artesanalmente&. Ej: vasos, jarras,
botes, botellas...
•
Prensado: *ara ello se comprime fuertemente sobre un molde. Ej: ceniceros, ladrillos,
vidrieras... •
Plano: Está compuesto por sílice %+-&, cal %/-& y carbonato sódico %/-&. e
emplea en espejos, mesas, ventanas... •
De seguridad: e obtiene pegando entre sí varias láminas de vidrio con láminas
sint"ticas intercaladas %policarbonatos o metacrilatos&. Cuando se rompe el vidrio, "ste se !ueda adherido a esas láminas. Ej: lunas delanteras de los coches. •
Pretensado: Consiste en calentar el vidrio %una vez !ue se ha fabricado& a una
temperatura de unos 0// 1C, seguido de un enfriamiento rápido, mediante aire2 con ello se consigue una mayor resistencia a los golpes y una tensión interna !ue hace !ue, en caso de rotura, se desmenuce en pe!ue3os trozos. 4 este tipo de vidrios se les conoce tambi"n con el nombre de vidrios inastillables, y se emplean preferentemente en vehículos, ya !ue, en caso de rotura, se evitan las posibles lesiones causadas por astillas de vidrio. •
•
Fibra de vidrio: Está formada por delgadísimas fibras de vidrio %5/,//6 mm de diámetro& de longitud variable. En la actualidad se emplea muchísimo como aislante t"rmico y ac7stico en paredes y ma!uinaria, así como en la fabricación de conductos de aire acondicionado y ventilación de locales. Fibra óptica: e emplea en electrónica y comunicaciones, en sustitución de los
tradicionales cables de cobre. •
Vidrio antirreflectante: *ara ello se le a3ade por ambas caras, durante el proceso de
fabricación, elementos antirreflectantes. El vidrio obtenido prácticamente no pierde transparencia, empleándose en vitrinas, escaparates...
Características físicas 8esistencia mecánica El vidrio tiene propiedades mecánicas !ue lo asemejan, por así decirlo, a los sólidos cristalinos. $o es, por lo tanto, d7ctil ni maleable. $o sufre deformación permanente por acción de un esfuerzo, sino !ue alcanzado el límite de resistencia se produce su fractura. 'a rotura se produce siempre por un esfuerzo de tracción, no por compresión. En líneas generales podemos decir !ue la resistencia intrínseca del vidrio es sumamente elevada, comparable a la del acero. e ha determinado en finas fibras de vidrio reci"n fabricadas tensiones de roturas del orden de .///./// de libras por pulgada cuadrada. i !uisi"ramos medir la resistencia mecánica del vidrio, referida a su capacidad para soportar los impactos, podrían usarse algunos de los procedimientos empíricos conocidos, !ue consisten esencialmente en dejar caer un p"ndulo de un peso dado, desde alturas crecientes medidas, hasta !ue se rompa, o bien, en dejar caer el propio envase desde alturas crecientes hasta romperlo, o recurrir al uso de sacudidores mecánicos, en condiciones determinadas, observando los efectos producidos. 8esistencia t"rmica 9sta es una propiedad importante !ue se pretende en la mayoría de los vidrios, particularmente en a!uellos !ue, como ocurre en muchos productos alimenticios y
medicinales, deban soportar en su utilización cambios de temperatura relativamente bruscos, en especial, en los procesos de lavado, llenado en caliente, pasteurizado, esterilización, uso con comidas, etc. 8especto de esta resistencia, debemos se3alar !ue la rotura no se produce por el cambio de temperatura en sí, sino por el esfuerzo mecánico de tracción provocado por el salto t"rmico. 9ste no es más !ue un medio para producir esfuerzos de tracción debido a las contracciones desiguales producidas por el enfriamiento más o menos brusco del ensayo. i !uisi"ramos englobar en una fórmula empírica los factores enunciados !ue influyen en la resistencia t"rmica, tendríamos la siguiente relación aplicable a objetos similares:
onde cada variable e#presa: ; T: el salto de temperatura !ue puede soportar el artículo o resistencia t"rmica. ; P: la resistencia a la tracción del vidrio ; : el coeficiente de dilatación ; e: el espesor del artículo ; f : un factor de proporcionalidad *untos característicos E#isten < temperaturas !ue catalogan los distintos tipos de vidrios:
Temperatura Te mperatura de trabajo: la viscosidad del vidrio es suficientemente baja como para permitir el
moldeo por cual!uiera de los m"todos comunes. Temperatura Te mperatura de ablandamiento: el vidrio se deforma bajo su propio peso rápidamente y
comienza a adherirse a otros objetos. Temperatura Te mperatura de recocido: las tensiones internas del vidrio son sustancialmente eliminadas
por fluencia en minutos. Temperatura Te mperatura de tensiones: es la temp. mínima de eliminación práctica de tensiones, para lo
cual en este punto se re!uerirá alrededor de un día. 4 esta temp. el vidrio es ya un sólido rígido. atos t"cnicos •
Coeficiente de dilatación lineal : =5 /0 m>?C
•
Conductividad trmica: /,//@ cal>cm s ?C
•
Calor espec!fico: /,/ cal>g ?C
•
Constante dielctrica relativa : vidrio pyre#: <,.
El vidrio se obtiene por fusión a unos .// ?C de arena de sílice %i iA A@&, carbonato de sodio % sodio %$a $a@CA6& y caliza %Ca CaC CA6&.
"!lice v!trea e denomina s!lice a un ó#ido de silicio de fórmula !uímica iA @. e presenta en estado sólido cristalino bajo diferentes formas enanciotrópicas. 'as más conocidas son el cuarzo %la más frecuente y estable a temperatura ambiente&, la cristobalita y las tridimitas. 4demás de estas formas, se han llegado a identificar hasta veintidós fases diferentes, cada una de ellas estable a partir de una temperatura perfectamente determinada. Cuando se calienta el cuarzo lentamente, este va pasando por distintas formas enanciotrópicas hasta alcanzar su punto de fusión a .+@6 ?C. 4 esta temperatura temperatura se obtiene un lí!uido incoloro y muy viscoso !ue si se e nfría con relativa rapidez, se convierte en una sustancia de naturaleza vítrea a la !ue se suele denominar vidrio de cuarzo . Este vidrio de cuarzo presenta un conjunto de propiedades de gran utilidad y de aplicación en m7ltiples disciplinas: en la investigación científica, tecnológica, en la vida dom"stica y en general en todo tipo de industria. e destacan d estacan como más relevantes las siguientes: . Bran resist resistencia encia al ata!ue ata!ue por agentes agentes !uímic !uímicos, os, por lo !ue !ue es muy utilizad utilizado o como material de laboratorio. ólo es atacado, de manera importante a temperatura ambiente, por el ácido fluorhídrico en fluorhídrico en sus diferentes formas %gaseosa o disolución&. 4 temperaturas temperaturas superiores a // ?C reacciona a velocidades
apreciables con sales alcalinas o alcalinot"rreas, en particular con sales sódicas, tales como el carbonato o el sulfato sódicos. @. i bien su su densidad densidad a tempera temperatura tura ambiente ambiente es relativa relativamente mente alta alta %@,@ %@,@ g>cm6& su coeficiente de dilatación lineal medio a temperaturas inferiores a los ./// ?C es e#tremadamente pe!ue3o: se sit7a en ,D/ ;+ ;, lo !ue permite, por ejemplo, calentarlo al rojo y sumergirlo bruscamente en agua, sin !ue se fracture. El n7mero de aplicaciones !ue esta propiedad suscita es elevado. 6. u índice índice de refracción refracción a la radiaci radiación ón electroma electromagn"tic gn"tica a visible visible es ,<=, ,<=, lo !ue le hace apto para instrumentos ópticos en general. <. u resistividad el"ctrica es del orden de los / @/ ohmFcm en condiciones normales lo !ue le convierte en uno de los mejores aislantes el"ctricos conocidos, con todas las aplicaciones !ue de ello se derivan en la industria moderna. . 'a absorción absorción de la radiació radiación n electromagn electromagn"tica "tica del del vidrio de cuarzo cuarzo muestr muestra a una gran transparencia a la luz visible así como en las bandas correspondientes al espectro ultravioleta, lo !ue le hace especialmente apto para la fabricación de lámparas y otros instrumentos generadores de este tipo de radiación. Atras propiedades, sin embargo, dificultan su elaboración y utilización. En particular, las siguientes:
%eg7n Ir(cJner& Viscosidades de la sílice vitrea
. El punto punto de fusión fusión de la la sílice sílice crista cristalizada lizada depende depende de la variedad enanciotrópica !ue se trate. *ara l a
Kiscosidad
)emperatura #C
$ %poises&
variedad estable a partir de los .<+/ ?C %la G;
.//
/+,@
cristobalita& este es de .+@6 ?C. Estas son
@.///
/0,/
temperaturas !ue no pueden alcanzarse
@.@//
/,@
fácilmente, salvo en instalaciones muy
@.
/<,/
especializadas. *or esta razón, la fabricación
@.0//
/6,=/
del vidrio de cuarzo ha sido siempre rara y cara.
@.//
/6,
Hndustrialmente, su producción es bastante limitada si se la compara con otros tipos de vidrio. @. u viscosidad en estado vítreo presenta una gran variación con la temperatura, pasando de valores superiores a / + poises %aspecto totalmente sólido& por debajo de los .// ?C, a / 6, poises a @.+ ?C %aspecto pastoso y moldeable&.
6. 'as viscosida viscosidades des toman toman valores valores tan sumament sumamente e elevados elevados !ue deben deben e#presarse e#presarse como potencias de diez. En general, las viscosidades de los vidrios suelen darse bajo la forma de su logaritmo decimal. * ara obtener el vidrio de cuarzo es necesario partir de un cuarzo cristalizado de gran pureza, finamente molido, !ue se somete a altas temperaturas. El lí!uido !ue se obtiene presenta gran cantidad de burbujas diminutas de aire ocluido entre los granos del cuarzo, !ue le dan un aspecto lechoso, trasl7cido, al !ue se suele denominar gres de cuarzo y cuyas aplicaciones como recipiente resistente al ata!ue !uímico o a los cambios bruscos de temperatura son frecuentes. in embargo, resulta totalmente in7til para aplicaciones en las !ue se precise una gran transparencia %lámparas de rayos LK4, lámparas lámparas de cuarzo y óptica en general&. *ara estas 7ltimas es necesario !ue durante el proceso de fusión se puedan desprender esas burbujas gaseosas ocluidas. *ara !ue ese desprendimiento fuera efectivo bajo la presión atmosf"rica y a una velocidad aplicable industrialmente, se precisaría !ue el lí!uido presentara una viscosidad por debajo de los @// poises, lo !ue en el caso de la sílice lí!uida implicaría temperaturas del orden de los 6.0// ?C. En la práctica para poder desgasificar el vidrio de sílice se funde el cuarzo a temperaturas pró#imas a los @./// ?C en recipientes donde se hace el vacío, complicando mucho la tecnología de su producción y, por consiguiente, encareciendo el producto. <. 'a resistenc resistencia ia a la tracció tracción n en estado estado puro, puro, en condicio condiciones nes normales normales y con con una superficie perfectamente libre de toda fisura, es de unos 0/ Jbar. Esta gran resistencia %superior a la del acero& se ve fuertemente disminuida por imperfecciones en la superficie del objeto, por pe!ue3as !ue estas sean. . u módulo módulo de Moun Moung g a @ ?C es de +@/ Jbar Jbar y el de torsión torsión @=/ Jbar. Jbar. Cuando se se le somete a un esfuerzo de tracción mecánica a temperaturas pró#imas a la ambiente, se comporta como un cuerpo perfectamente elástico con una función alargamiento/esfuerzolineal, pero sin prácticamente zona plástica cercana a su límite de rotura. Esta propiedad, unida a la resistencia mecánica a la tracción anteriormente citada, lo convierten en un producto frágil. 4l golpearlo, o se deforma elásticamente y su forma no se altera o, si se sobrepasa su límite de elasticidad, se fractura. Neditar O"ilicato sódico 'as sales más comunes de sodio tienen puntos de fusión por debajo de los =// ?C. Cuando se calienta una mezcla íntima de cuarzo finamente dividido con una sal de estos
metales alcalinos, por ejemplo $a @CA6, a una temperatura superior a los // ?C se obtiene inicialmente una fusión de la sal alcalina, cuyo lí!uido rodea a los granos de cuarzo, produci"ndose una serie de reacciones !ue pueden englobarse en la resultante siguiente: iA@ %s& P $a@CA6 %s&
$a@iA6 %s& P CA@ %g&
Q R ;,@ Jcal>mol
Esta reacción, levemente e#ot"rmica, desprende anhídrido carbónico gaseoso ;!ue burbujea entre la masa en fusión; y conduce a un primer silicato sódico, de punto de fusión ./+ ?C. e acuerdo con la termodinámica termodinámica,, la mezcla de dos sustancias de puntos de fusión diferentes presenta un S*unto de 'i!uidusT + !ue se sit7a entre los de las dos sustancias en contacto. e esta forma la mezcla de la sílice y el silicato sódico formado da lugar a un producto de iA @y silicatos, ya en estado lí!uido a temperaturas !ue no sobrepasan los .@// ?C, lejos de los más de @./// ?C necesarios para preparar el vidrio de cuarzo. sódico, si 4l producto así obtenido se le da corrientemente el nombre nombre gen"rico de silicato sódico, bien con esta denominación se identifica a un conjunto de productos derivados de la fusión del cuarzo con sales sódicas %generalmente carbonatos& en diferentes proporciones de uno y otro componente. Hndustrialmente se preparan silicatos sódicos con proporciones molares de cada componente situadas entre:
6,=/ moles de iA @ > mol de $a @A y ,0= moles de iA @ > mol de $a @A %ota
'a proporción este!uiom"trica este!uiom"trica de de un metasilicato sódico puro sería de & mol de "i' ( ) & mol de %a ('
Estos silicatos sódicos presentan un aspecto vítreo, transparente y muy !uebradizo. *ara alcanzar una viscosidad del o rden de los ./// poises %necesaria para su moldeado& se precisan temperaturas !ue, en función de su composición, oscilan entre los .@@/ ?C para el silicato más rico en iA @, y los =// ?C para el más pobre. on muy solubles en agua: entre un 6- y un /- en peso de silicato, seg7n el contenido en iA @. u falta de rigidez mecánica y su solubilidad en agua les hacen in7tiles como sustitutos del vidrio de cuarzo en ninguna de sus aplicaciones. 8aramente se presentan en la industria en forma sólida, sino bajo la forma de disolución acuosa. u solución en agua se utiliza como pegamento cerámico muy eficaz o como materia prima para la producción mediante hidrólisis de gel de sílice, sustancia usada como absorbente de la humedad %torres de secado de gases, etc.& o como componente de ciertos productos tales como neumáticos para vehículos y otras aplicaciones en la industria !uímica. u producción se realiza en hornos continuos de balsa calentados mediante la combustión de derivados del petróleo y frecuentemente tambi"n con energía el"ctrica, a temperaturas lo más elevadas posibles %dentro de una cierta rentabilidad& con el fin de aumentar la productividad del horno. Estas temperaturas suelen situarse entre los .
Neditar OVidrios de silicato sódico Con el fin de obtener un producto con propiedades similares a las del vidrio de cuarzo a temperaturas alcanzables por medios t"cnicamente rentables, se produce un vidrio de silicato sódico al !ue se le a3aden otros componentes !ue le hagan más resistente mecánicamente, inerte a los agentes !uímicos a temperatura ambiente ;muy particularmente al agua; y !ue guarden su transparencia a la luz, al menos en e n el espectro visible. Estos componentes son metales alcalinot"rreos, en particular magnesio, calcio o bario, además de aluminio y otros elementos en menores cantidades, algunos de los cuales aparecen aportados como impurezas por las materias primas %caso del hierro, el azufre u otros&. 'as materias primas !ue se utilizan para la elaboración de vidrios de este tipo se escogen entre a!uellas !ue presenten un menor costo:
*ara el cuarzo:
4renas feldespáticas, de pureza pureza en iA@ superior al =- y con el menor contenido en componentes f"rricos posible %entre un /,- y /,/- en t"rminos de Ue @A6&
Cuarcitas molidas
*ara el sodio:
Carbonatos sódicos naturales %yacimientos de EE.LL. y Vfrica&.
Carbonato sódico sint"tico, el más utilizado en Europa.
ulfato sódico sint"tico, subproducto de la industria !uímica.
$itrato sódico natural % nitrato de Chile&.
Cloruro sódico o sódico o sal com7n.
Estos tres 7ltimos, utilizados en pe!ue3as proporciones, debido al desprendimiento de gases contaminantes durante la elaboración del vidrio: AW, $AW, Cl@.
*ara el Calcio:
Calizas naturales.
*ara el Xagnesio:
olomitas naturales.
*ara el Iario:
ulfato bárico natural %baritina % baritina&. &.
*ara el 4luminio:
Ueldespatos naturales %caolines %caolines&. &.
'a producción industrial de este tipo de vidrios se realiza, al igual !ue en el caso de los silicatos sódicos, en hornos para vidrio, generalmente de balsa, calentados mediante la combustión de derivados del petróleo con apoyo, en muchos casos, de energía el"ctrica a temperaturas !ue oscilan entre los .</ ?C y los .0// ?C. En estos hornos se introduce una mezcla en polvo ligeramente humedecida % - de agua& y previamente dosificada de las materias primas ya citadas. Esta mezcla de materias minerales reacciona %a velocidades apreciables y, evidentemente, cuanto mayores mejor& para formar el conjunto de silicatos !ue, combinados y mezclados, darán lugar a esa sustancia a la !ue se denomina vidrio común. Neditar O*ropiedades *ropiedades del
vidrio com7n
'as propiedades del vidrio com7n, son u na función tanto de la naturaleza como de las materias primas como de la composición !uímica del producto obtenido. Esta composición !uímica se suele representar en forma de porcentajes en peso de los ó#idos más estables a temperatura ambiente de cada uno de los elementos !uímicos !ue lo forman. 'as composiciones de los vidrios silicato sódicos más utilizados se sit7an dentro de los límites !ue se establecen en la tabla adjunta. *ntervalos de composición frecuentes en los vidrios comunes Componente
Desde +++ ,
+++ -asta ,
iA@
0,/
+<,
4l@A6
/,/
<,/
Ue@A6
/,/
/,<
CaA
=,/
<,/
XgA
/,/
<,/
$a@A
/,/
0,/
@A
/,/
<,/
A6
/,/
/,6
Xuchos estudios Yparticularmente en la primera mitad del siglo WWY han intentado establecer correlaciones entre lo !ue se denominó la estructura interna del vidrio Ygeneralmente basada en teorías atómicasY y las propiedades observadas en los vidrios. *roducto de estos estudios fueron un conjunto de relaciones, de naturaleza absolutamente empírica, !ue representan de manera
sorprendentemente precisa muchas de esas propiedades mediante relaciones lineales entre el contenido de los elementos !uímicos !ue forman un vidrio determinado %e#presado bajo la forma del contenido porcentual en peso de sus ó#idos más estables& y la magnitud representando dicha propiedad. Curiosamente, las correlaciones con las composiciones e#presadas en forma molar o atómica son mucho menos fiables. silicato sódico Composición .tipo. de vidrio de /l('0 Fe('0 Ca' 1g' %a(' 2(' "'0 "i'(
+6,@/
, /,/ /,0@ /, /,/6 6,@@ ,@ /,@/
'os contenidos en XgA, Ue @A6 y A6 son consecuencia de las impurezas de la caliza, arena y el sulfato sódico, respectivamente . Fuente
Coeficientes para el cálculo de propiedades del vidrio Coeficientes Coeficientes para el e l c3lculo de propiedades del vidrio Propiedad
Valor
4nidades
@,<=
g>cm6
Coeficiente de dilatación lineal a @ ?C %@&
,+@D/;0
?C;
Conductividad t"rmica a @ ?C
/,//@
ensidad a @ ?C %&
Fuente
Bilard Z ubrul [ilJelman Z chott
cal>cm.s.?C 8uss
)ensión superficial a @// ?C
6=
dinas>cm
\ndice de refracción %a =,6 nm&%6&
,@
;
Xódulo de elasticidad a @ ?C
+=
Jbar
Xódulo de *oisson a @ ?C
/,@@
;
[ilJelman Z chott
8esistencia a la tracción a @ ?C%<&
%= %=//&
ba r
[ilJelman Z chott
Constante diel"ctrica %<.. Qz&
+,6
;
4ppen Z IresJer
8esistencia el"ctrica a // ?C
,/0
].cm
8esistencia el"ctrica a // ?C
/,
].cm
Calor específico a @ ?C
/,@/
cal>g>?C
4tacabilidad !uímica H$ @%&
6,@
%ota
ml de QCl /,/$
8ubenstein Bilard Z ubrul 4ppen
harp Z Binter 8. Cuartas
'a viscosidad se e#presa en la figura 6%0&. Fuente
Coeficientes para el cálculo de propiedades del vidrio %cuadro&
Uigura 6: 'ogaritmo de la viscosidad seg7n temperaturas %seg7n 8. Cuartas&.
'a absorción %o transparencia& %+& a la luz de los vidrios de silicato sódico en la zona del espectro visible %/,
%& 'a densidad es algo más elevada !ue en el cuarzo fundido @, frente a @,@ g>cm 6&. %@& El coeficiente de dilatación t"rmica lin eal a temperatura ambiente, es notablemente más alto !ue el de la sílice fundida %unas @/ veces más&, por lo !ue los objetos de vidrios de silicato sódico son menos resistentes al 5cho!ue t"rmico5. %6& u índice de refracción es ligeramente mayor !ue el del vidrio de cuarzo y puede aumentarse mediante el uso de aditivos. %<& 'a resistencia a la tracción en cual!uier tipo de vidrio es una magnitud !ue depende e#traordinariamente del estado de la
superficie del objeto en cuestión, por lo !ue su cuantificación es compleja y poco fiable.
%& 'a resistencia al ata!ue !uímico o físico %disolución& de los vidrios comunes es una función de su composición !uímica fundamentalmente. $o obstante, en todos ellos esta resistencia es elevada. e suele medir mediante una serie de pruebas tipificadas internacionalmente. Entre las más usadas:
H$ @0
H$ @6@@
H$ @ @
'a atacabilidad de los vidrios tambi"n se modifica mediante tratamientos superficiales: con A @, n, )i, y otros.
%0& *ara moldear un vidrio es necesaria una viscosidad !ue se sit7a entre ./// poises y ./// poises. En el caso de la sílice son necesarias temperaturas de más de @.0// ?C, e n tanto !ue para los vidrios comunes basta con .@// ?C, apro#imadamente. %+& 'a absorción de la luz se ve influenciada por la estructura íntima de estas materias transparentes. En el caso de una estructura i;A la absorción de fotones es baja, incluso para longitudes pe!ue3as de onda %transparencia a los rayos LK4&. LK4&. $o es así cuando a esta sencilla estructura se le a3aden otros elementos %$a, Xg, Ca, etc.& !ue inciden decisivamente en la absorción a las longitudes de onda o nda pe!ue3as %menores de @// nm& y en las infrarrojas %superiores a +// nm&. *or otra parte, la presencia en la red vítrea de elementos de )abla bla periódica de los elementos& elementos& produce transición %ver )a absorciones selectivas de radiación visible, lo !ue permite, entre otras cosas, colorear los vidrios con una a mplia gama de matices.
fusión) a unos 1.500 °C. Las reacciones que se presentan son:
Luego pasa a una etapa de refinado donde los gases contenidos en la masa se desprenden (Tº 100ºC) ! los silicatos producidos se unen" formando silicato do#le de sodio ! c alcio que es el $idrio com%n" una una composición apro&imada apro&imada es: 'ió&ido de ilicio: i*+ ,-/5 &ido de odio: a*+ 111- &ido de Calcio: Ca+ -1/ tra forma de e&presar la composición es: a*. Ca. ,i* 'espu2s a$an3a 4acia la 3ona de enfriamiento" donde tiene lugar el recocido. n el otro e&tremo del 4orno se alcan3a una temperatura de 1.*00 a -00 °C. 6l $idrio as7 o#tenido se le da forma por laminación o por otro m2todo m2todo..
composición qu7mica se puede 4acer una clasificación como la que aparece en la ta#la" donde se resumen los compuestos ! elementos que poseen los $idrios comerciales m8s comunes. Elementos
Sódico—cálcico Plomo
Borosilicato Sílice
7lice
/0/5
59,-
/9-*
odio
1*1-
510
910
;otasio
01
110
0.1
Calcio
51
0,
01
,
;lomo
150
010 5*0
6luminio
0.59
=agnesio
0
0*
9
*9
>?'@? CL@6' CL@6' e le agrega en fusión ó&idos o sales de distintos metales metales que que forman silicatos coloreados. • • • • • •
Color verde azulado: &ido ferroso Ae o Cr Color amarillo: &ido ferrico Ae*9 o itrato de plata 6g9 Color azul: =anganeso =g+ Co#alto Co+ Co#re Co#re Cu Cu Color verde: &ido crómico Cr*9+ da color color $erde $erde esmeralda esmeralda Color rosa: elenito de odio a*e9" produce este color en los $idrios potasicos Color rojo: Cloruro 6urico 6uCl9
>?'@? ;6C ;6C • •
Vidrio opalescente: 6n47drido 6rsenioso 6s*9+ o Aosfato tricalcico Ca9(;)* Vidrio lechoso: Con Aluoruro de Calcio CaA*+ &ido stanico n*+ Aosfato tricalcico
Ca9(;)* •
Vidrio blanco opaco semitraslucido semitraslucido:: e o#tiene agregando Aeldespato: i9-B6l+
Criolita: 6lA9.9=aA o Aluosilicato de sodio (6luminico o =angnesico)+ o con e&ceso de Aosfato tricalcico Ca9(;)* >?'@? '@ e sustitu!e el ar#onato odico a*C9 por Car#onato de ;otasio B*C9" sir$en para fa#ricar tu#os de $idrios ! aparatos qu7micos que resisten altas temperaturas. Los <óricos se o#tienen reempla3ando parte de estos componentes por 6n47drido <órico <*9" producen $idrios duros duros ! son resistentes resistentes a los cam#ios cam#ios #ruscos de temperatura. temperatura. Los Los m8s comunes comunes son el ;?@D ! el E6" ! su composición puede ser: i*: -0 6l*9: 9 a*: Ca: 0" B*: 0", <*9: 1* l $idrio llamado #lando se re#landece a una temperatura relati$amente #aFa" ! se moldea con facilidad+ su composición: i*: /5 Ca: -
a*: 15 6l*9: * >?'@? ' G@?'6' G@?'6' Ha! dos tipos principales: 1. Vidrio !emplado: o#tenido en 4ornos especiales mediante pretensado por calentamiento seguido de enfriamiento #rusco de las pie3as de $idrio plano cortadas a la forma ! el tamaIo deseados. *. Vidrio "aminado: que se forma montando una pel7cula de pl8stico pl8stico (generalmente (generalmente poli$inil #utiral) entre dos dos 4oFas delgadas delgadas de $idrio plano. plano. >?'@? 6@=6' ;oseen en su interior una malla met8lica de 4ierro 4ierro"" que se aIade so#re una masa #landa de $idrio ! luego se recu#re con otra otra segunda masa masa de $idrio. e e usan en $entanas" $entanas" clara#o!as" $idrios de protección. protección. L >?'@? 6?L6T Los acristalados aislantes se fa#rican montando dos o m8s placas separadas entre s7" de forma que los espacios intermedios permane3can 4erm2ticamente cerrados ! des4umidificados para que condu3can lo menos posi#le el calor calor.. n los #ordes del $idrio se colocan ner$ios distanciadores soldados con estaIo estaIo.. 'e esta forma tenemos dos placas de $idrio que no se tocan" separadas por aire aire que que no puede transmitir el calor con facilidad" ! as7 se e$ita que se escape la energ7a. Tam#i2n podemos o#tener $idrio $idrio que sea un aislante el2ctrico" so#re todo si lo fa#ricamos con $idrio sódicoJc8lcico. sódicoJc8lcico. on necesarios para fa#ricar focos" tu#os tu#os de radio radio"" aislantes de l7neas telefónicas ! de transmisión de energ7a. ;ara equipo m8s especiali3ado" como los tu#os de alto $oltaFe parara!os parara!os D o aceleradores >an de Graaff de corriente continua" el $idrio tiene que ser m8s resistente ! entonces se utili3a el que se ela#ora con , de s7lice. L >?'@? '?LKCT@?C 6 los materiales materiales que que pueden polari3arse en presencia de un campo el2ctrico se les conoce como diel2ctricos. ;olari3ar quiere decir que las mol2culas o los 8tomos se con$ierten en dipolos" acomodando todas sus cargas negati$as 4acia un lado ! las positi$as 4acia otro. Los dipolos el2ctricos se acomodan en la misma dirección dirección que que el campo el2ctrico local que los produce. on importantes porque una $e3 formados son capaces de conducir la electricidad electricidad"" pero antes no. n $idrio diel2ctrico se o#tiene a partir de arcillas ricas en plomo ! se utili3a para fa#ricar cintas para los condensadores condensadoreselectrónicos. electrónicos. stos materiales necesitan una gran resistencia" por lo que se suele utili3ar tam#i2n $idrio de , de s7lice ! cuar3o fundido. L >?'@? C'CT@ ;ara que un $idrio tenga una conducti$idad el2ctrica aprecia#le" en su ela#oración se tiene que ele$ar la temperatura a 500ºC" o recu#rirlo con una pel7cula conductora de metales" ó&idos alcalinos o aleaciones aleaciones"" en cu!o caso el que conduce es el metal que se le pone ! no tanto el $idrio. L >?'@? ;@TCT@ CT@6 L L
ste $idrio refleFa la lu3 del ol. La capa de recu#rimiento que lle$a incorporada" adem8s de refleFar puede presentar di$ersas tonalidades tonalidades de color" como plateado" #ronce" $erde o gris. e coloca en el espacio intermedio ! en la capa interior de la placa e&terna. 'e esta forma se 4ace el $idrio polari3ado ! el de tipo espeFo. >?'@? ;T?C La ma!or7a de las lentes que se utili3an en gafas (anteoFos)" microscopios" telescopios" telescopios" c8maras ! otros instrumentos instrumentos ópticos se fa#rican con $idrio $idrio óptico. Kste se se diferencia de los dem8s $idrios por su su forma de des$iar des$iar (refractar) la lu3. La fa#ricación de $idrio $idrio óptico es un proceso proceso delicado delicado ! e&igente. Las materias primas de#en tener una gran pure3a" ! 4a! que tener muc4o cuidado para que no se introdu3can imperfecciones en el proceso de fa#ricación. ;equeIas #ur#uFas de aire o inclusiones de materia materia no no $itrificada pueden pro$ocar distorsiones en la superficie de la lente. Las llamadas cuerdas" estr7as causadas por la falta de 4omogeneidad qu7mica del $idrio" tam#i2n pueden causar distorsiones importantes" ! las tensiones en el $idrio de#idas a un recocido imperfecto afectan tam#i2n a las cualidades ópticas. >?'@? AT?
#ensidad: depende de factores como la temperatura" la presión presión a a la que est8 sometido ! la
composición" en la figura se o#ser$a que en un $idrio la densidad densidad aumenta aumenta al incrementar la concentración de ó&ido de calcio (Ca) ! de titanio (Ti*)" mientras que cuando se ele$a la cantidad de alumina (61*9) o de magnesia (=g) la densidad disminu!e.
'esde que en 1-,- tas o#tu$o por primera $e3 un $idrio resistente resistente a los 8cidos" a las #ases ! a diferentes agentes corrosi$os qu7micos" qu7micos" se 4an sucedido muc4os adelantos 4asta llegar al $idrio p!re&" conocido por su alta dura#ilidad qu7mica a altas temperaturas" con una composición de -1 de ?*" 19 de <*9" 9., de a*" 0.* de B* ! *.* de 61*9" que 4asta la fec4a no 4a cam#iado ni 4a podido ser sustituido por otro.
El$ctricas: con respecto a las propiedades el2ctricas" la conducti$idad de un $idrio depende de
su composición" de su temperatura ! de las condiciones atmosf2ricas que rodean al material. 6
#aFas temperaturas temperaturas los $idrios $idrios multicomponentes multicomponentes son aislantes. aislantes. 6 todas las temperaturas temperaturas son son conductores electrol7ticos" ! de *5 a 1"*00ºC la resisti$idad es $aria#le. n la figura se o#ser$a que al aumentar la temperatura aumenta la conducti$idad el2ctrica" ! a pesar de que es semeFante el comportamiento de los $idrios que aparecen en la figura" se puede $er que los que que contienen #ario #ario () ! plomo (5) (5) necesitan una temperatura temperatura ma!or" de * ! *-ºC respecti$amente" para comportarse como conductores.
1. Vidrios Sodicos (Silicato de sodio y calcio). – Es el vidrio ordinario que se emplea para elab el abor orar ar vi vidr drio ios s pl plan anos os, , bo bote tell llas as, , fr fras asco cos s y otro ot ros s ob obje jeto tos s va vari rios os. . Ti Tien enen en ca casi si si siem empr pre e un ligero color verde debido al hierro de las materias primas. Resisten a la acci ón disolvente del agua y los ácidos, tienen poco brillo. Las composiciones extremas de estos vidrios son las siguientes: 2.
Las composiciones de estos vidrios comunes, también llamados industriales, se sitúan en un entorno que podemos resumir según la siguiente tabla: Óxido del elemento Intervalo, en % en el vidrio SiO2 !," #$,"
&l2O' ","" # ," (e2O' ","" # ",) *aO +,"" #," -gO ","" # ," .a2O "," #," /2O ","" # ," SO' ","" # ",'
&dem0s de peque1as cantidades de elementos llamados colorantes, tales como Se, (e, *r, -n, *o, .i, , 3 otros elementos de los denominados qu4micamente de transici5n
Composición química del vidrio pirex: Sílice: 80 Óxido de boro: 13 Óxido sódico: 5 Óxido de aluminio: 2 Óxido potsico: 0!5
El vidrio pyre# es a!uel !ue en su preparación a partir del dió#ido de silicio %arena& se le ha agregado una pe!ue3a cantidad de una sal denominada borosilicato de sodio, !ue le confiere al vidrio estabilidad t"rmica %es decir, resistencia a altas temperaturas&. *uede recibir el fuego directo
de un mechero sin romperse, pero no resiste temperaturas más allá de los
