PREPARACIÓN DE MATERIALES AMORFOS UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA AZCAPOTZALCO PRACTICA N° 9
EQUPO N° 3
INTEGRANTES: GUSTAVO ABEL CONDE SORIANO TREJO LARIOS EDGAR NATHANIEL LEÓN HERNÁNDEZ KAREN LIZETH TORRES FLORES OSBALDO VELEZ MUÑOZ VICTOR LEONARDO NOLASCO CRUZ SHEYLA SHEYLA MAGALY
1° INTRODUCCION
El vidrio ha tenido una trascendental participación en el desarrollo de la tecnología y de nuestra concepción de la naturaleza. Gracias a él sabemos cómo son los microorganismos, a través del microscopio; cómo es el Universo, con el uso de los telescopios; cuál es la naturaleza del átomo y el dinamismo de una célula viva. La variedad de usos que se le ha encontrado solamente está limitada por la capacidad y el ingenio del hombre. Su versatilidad es difícilmente sustituible, por lo que su estudio se vuelve más interesante. Básicamente, el principio de fabricación del vidrio ha permanecido invariable desde sus comienzos, pues las principales materias primas y las temperaturas de fusión no han sido modificadas. Sin embargo, las técnicas se han transformado para conseguir un proceso de producción más acelerado, y los investigadores han elaborado diferentes compuestos para combinarlos con el material bruto y así variar las propiedades físicas y químicas, de manera que sea posible disponer de una amplia gama de vidrios para diversas aplicaciones. El vidrio se hace en un reactor de fusión, en donde se calienta una mezcla que casi siempre consiste en arena silícea (arcillas) y óxidos metálicos secos pulverizados o granulados. En el proceso de la fusión (paso de sólido a líquido) se forma un líquido viscoso y la masa se hace transparente y homogénea a temperaturas mayores a 1 000ºC. Al sacarlo del reactor, el vidrio adquiere una rigidez que permite darle forma y manipularlo. Controlando la temperatura de enfriamiento se evita la desvitrificación o cristalización. Tipos de vidrios orgánicos e inorgánicos
El grupo más importante de compuestos que dan lugar a vidrios es el de los óxidos, ya que dentro de él quedan comprendidos los principales formadores de vidrio de interés técnico e industrial. Los óxidos SiO2, B2O3, P2O5, GeO2, TeO2, V2O5, SeO2, MoO3, TiO2 y
Bi2O3, conocidos como óxidos formadores de vidrio, constituyen sistemas binarios, ternarios, cuaternarios y multicomponentes; otros compuestos del sistema reciben el nombre de modificadores de red, intermediarios, etc. En particular , SiO2, B2O3, P2O5 y GeO2 por sí solos tienen la habilidad de formar vidrios, y cuando se mezclan con otros óxidos tal como los óxidos de metales alcalinos, alcalinotérreos, de transición y la alúmina forman vidrios que pertenecen a un sistema multicomponente; estos son los vidrios convencionales que están referidos en la literatura como vidrios de silicato, borato, fosfato, germanato, etc. Por otra parte, los óxidos TeO2, V2O5, SeO2, MoO3, TiO2 y Bi2O3 son formadores de vidrio condicionales, no capaces de vitrificar por sí solos al utilizarse un método de vitrificación estándar, que al mezclarse con otros óxidos forman los llamados vidrios no convencionales. Temperatura de transición vítrea La mayoría de los vidrios se obtienen enfriando rápidamente un líquido, que generalmente es el producto de la fusión de una mezcla de compuestos inorgánicos en forma de polvo, de tal forma que se logre evitar la cristalización; este método se conoce como método de fusión de polvos. La Figura 1.1(a) es una gráfica de volumen específico contra temperatura, y representa el comportamiento de un material en forma de polvo que ha sido fundido a una temperatura elevada (punto A). En particular, si este líquido fundido es enfriado de forma gradualmente rápida se obtiene un vidrio (curva AB-BE-EF). Una primera característica de los vidrios es que carecen de un verdadero punto de fusión, o temperatura de líquidos (TL) que sólo presentan los sólidos cristalinos, debido a que funden entre límites de temperaturas más o menos amplios. Durante el enfriamiento del líquido, tiene lugar una continua contracción de su volumen (zona AB). Si el enfriamiento transcurre con mayor rapidez que la formación de cristales se puede rebasar la temperatura de fusión, sin que se produzca la cristalización, obteniéndose un líquido subenfriado (zona BE). Si aumenta el grado de subenfriamiento sin la aparición de cristales, su contracción continúa hasta que al llegar a una temperatura determinada aparece un codo (E), donde se observa un cambio de pendiente (zona EF) llamado el estado vítreo de la sustancia. A diferencia del material que se enfría con lentitud a la temperatura TL (zona BC), la discontinuidad entre el estado de líquido subenfriado y el estado vítreo no ocurre de forma brusca ya que entre ellos hay una zona más o menos amplia de temperatura que se conoce con el nombre de amplitud del intervalo de transición, también llamado de congelación o relajación. No obstante, se acostumbra a definir la temperatura de transición vítrea Tg por el punto de intersección de las prolongaciones de los dos tramos rectilíneos de la curva AB-BE-EF, y entonces el estado vítreo corresponde a temperaturas inferiores a Tg.
2° PROPIEDADES DEL VIDRIO a) Rigidez: es un material duro pero fr ágil al mismo tiempo, y algo que refuerza esa de bilidad es la presencia de imperfecciones superficiales, como astilladuras o ranuras. b) Fragilidad: Si se trata de c ambiar su forma aplicando una fuerza, lo único que se logra es que se rompa o que se fracturen. c) Dureza: Es un material inorgánico e or gánico duro. d) Transparencia: En el caso del vidrio, los átomos establecen un e nlace covalente. Esto significa que cada electrón se une a un enlace de silicio y oxígeno y se mueve dentro de la molécula en una órbita determinada. Además, entre las moléculas de vidrio hay mucho espacio, lo que permite que las partículas de luz no se desvíen por un posible choque con los electrones. e) Conductividad eléctrica: La conductividad de un vidrio depende de su c omposición, de su temperatura y de las condiciones atmosféricas que rodean al mate rial. A bajas temperaturas los vidrios multicomponentes son aislantes. f) conductividad térmica: es un valor intrínseco de cada mater ial que se mide en el laboratorio. Para el vidrio es de 1.05 W/mK, funciona como un aislante térmico. f) Resistencia térmica: de un vidrio transparente de 6mm de espesor es R = 0.19 mK/W y la transmitancia térmica K = 1/R. W/m2K g) Vitrificación: Los residuos mezclados con sílice, óxido de sodio y óxido de calcio –de manera continua, y en un reactor de vitrificación – se funde todo a una temperatura entre 1300 y 1500 °C, y el resultado final es un producto vítreo y mo ldeable de color oscuro, parecido a la obsidiana, que es un vidrio natural. h) Desvitrificación: La desvitrificación es un fenómeno que consiste en la cr istalización del vidrio. Ya hemos comentado que el vidrio es una sustancia amorfa, es decir su estructura molecular no es cristalina. Aproximadamente y dependiendo del vidrio, cerca de los 700 -800ºC se activa un primer proceso de desvitrificación: Las redes moleculares amorfas se convierte n en cristalinas.
3° Escala de dureza de Moh’s
DUREZA 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
MATERIAL Diamante Corindón Topacio Cuarzo Ortoclasa Apatita Fluorita Calcita Yeso Talco
FORMULA C Al2O3 Al2SiO4(OH-,F-)2 SiO2 KAlSi3O8 Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-) CaF2 CaCO3 CaSO4·2H2O Mg3Si4O10(OH)2
4° CUSTIONARIO 1- Indique dos diferencias físicas entre el vidrio y un cristal:
Cristales: Los cristales los crea la naturaleza y se pueden encontrar en diferentes formas, como el cuarzo. La mayoría de los cristales se forman a partir de la cristalización de gases a presión en la pared interior de cavidades rocosas. Vidrio: El vidrio es el resultado de la fusión de ciertos ingredientes como el sílice, la sosa, la cal o el óxido de plomo 2- Describa como es la estructura de un vidrio.
La estructura de un vidrio de óxidos puede considerarse formada principalmente por voluminosos iones de oxigeno dispuestos en coordinaciones, predominantemente, tetraédricas o triangulares, unidas entre si por pequeños iones formadores (Si4+, B3+, P5+, ETC.), el conjunto constituye una red distorsionada entre cuyos huecos se sitúan los iones modificadores alcalinos o alcalinotérreos. 3- Explique que es un formador de red vítrea.
Es un sólido cristalino, que presenta una temperatura de fusión a la cual realiza la solidificación, el material no cristalino se vuelve más vi scoso a medida que la temperatura va disminuyendo, transformándose desde un estado plástico, blando y elástico a un estado vítreo, quebradizo y rígido en un intervalo reducido de temperaturas. 4- Explique que es un modificador de red vítrea.
La adición de óxidos alcalinos como Na2O y K2O y alcalinotérreos como CaO y MgO rompe la estructura reticular del vidrio reduciendo su viscosidad y consiguen así trabajar y modelar más fácilmente el vidrio, por ello se les conoce con el nombre de modificadores de red. Los átomos de oxígeno de estos óxidos alcalinos o alcalinotérreos entran en la red de la sílice en los puntos de unión de los tetraedros, rompiendo el entramado y produciendo átomos de oxígeno con un electrón libre que se combina con los i ones metálicos Na+ y K+ que quedan de forma intersticial en la red. 5- indique tres aplicaciones de los vidrios en la vida diaria.
Construcción y arquitectura: ventanas, fachadas, interiores, cancelaría, escaleras, muros, etc. Dispositivos electrónicos: celulares, pantallas, computadoras Cocina: recipientes, vasos, vajillas, refractarios Electrodomésticos: estufas, hornos, refrigeradores, licuadoras, cafeteras
6- Explique la diferencia entre vitrificación y desvitrificación.
Desvitrificación: Proceso mediante el cual se transforma un vidrio inorgánico a un estado cristalino. vitrificación: es el proceso de conversión de un material en un sólido amorfo similar al vidrio, carente de toda estructura cristalina. Esto se consigue por medio de calentamiento o enfriamiento muy rápido o mediante la mezcla con un aditivo. El proceso debe ser lo más rápido o instantáneo posible, un ejemplo de vitrificación se puede ver en la criolipolisis. 7- Explique que es exfoliación perfecta.
La exfoliación es la propiedad que tiene un mineral de partirse según unas direcciones preferentes. Junto con la dureza, la exfoliación forma parte del conjunto de caracteres que determinan la cohesión de un mineral. La exfoliación es un buen carácter de identificación, en particular, para los minerales que no se han desarrollado bien morfológicamente. Depende de la estructura interna del cristal y es constante para cada mineral. perfecta: el mineral se exfolia en formas regulares delimitadas por los planos de exfoliación (cubos -galena, halita romboedros-calcita.
Bibliografías: http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/19327/Capitulo1.pdf http://www.cyd.conacyt.gob.mx/243/Articulos/Vitrificacion/Vitrificacion2.html http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/137/html/sec_4.html http://www.emison.es/hornos/pdf/artes%20del%20fuego/vidrio/trabajo%20del%20vidrio .pdf http://mineralesdelmundo.com/mineralogia/exfoliacion/
