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Quimitinga - Hoy - El Vidrio

El vidrio es un material duro, frágil y transparente que ordinariamente se obtiene por fusión a unos 1.500 ºC de arena de sílice (SiO2), carbonato sódico (Na2CO3) y caliza (CaCO3). El sustantivo "cristal" es utilizado muy frecuentemente como sinónimo de vidrio, aunque es incorrecto debido a que el vidrio es un sólido amorfo y no un cristal propiamente dicho.

Historia

Su primer uso, que se remonta a tiempos muy antiguos, era para objetos de bisutería. Añadiéndole diversos minerales durante el fundido se obtenían cuentas de diferentes colores. En la Antigua Roma se inventó el soplado, técnica que permitió la elaboración de recipientes e, incluso, de láminas para ventanas. Sin embargo, la técnica era tan primitiva que las láminas de buena calidad sólo podían ser de pequeño tamaño. En la Edad Media fue ampliamente usado para las vidrieras de las catedrales.

La industria del vidrio experimentó un cambio espectacular a partir del primer cuarto del siglo XIX, gracias al abaratamiento de la producción de la sosa comercial. Este abaratamiento se debió originalmente al método ideado por el químico francés Nicolás Leblanc a finales del siglo XVIII. Desde entonces empezaron a fabricarse vidrios de gran calidad para instrumentos ópticos. También pudo popularizarse su uso, de modo que proliferaron objetos de uso corriente como botellas, vasos, espejos y otros utensilios, con la consiguiente mejoría en la calidad de vida.

Posteriormente, la técnica del fabricación mediante el flotado en piscinas de estaño ha permitido abaratar la producción de planchas de vidrio plano para la construcción, incrementándose sobremanera el uso de este material en las construcciones a partir del último cuarto del siglo XX.

También se emplea en telecomunicaciones (fibra óptica) y como material para utensilios de laboratorio, por ser muy poco reactivo.

Botella de color
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Usos
Con la adición de ciertas cantidades de otros elementos, los silicatos sódicos adquieren propiedades que se asemejan a los de la sílice vítrea y por lo tanto pueden sustituirla de manera económica en muchas de sus aplicaciones. Si bien la elaboración del vidrio se realiza en hornos para vidrio en los que, en razón de su productividad, se alcanzan temperaturas lo más altas posible económicamente (1500 a 1600 ºC), la temperatura debe reducirse posteriormente para obtener viscosidades entre los 1000 y 5000 poises aproximadamente, que hacen posible el moldeado del vidrio para darle formas variadas, según su aplicación:

vidrio

Vidrio plano: hasta inicios de la década de los años 60 el vidrio plano se fabricaba mediante los procedimientos Fourcault(desde 1904), Libbey-Owens (desde 1917), Pittsburg (desde 1925), o Laminación -sin pulir o con pulido posterior (luna pulida)-. Todos estos procedimientos fueron sustituidos por el llamado vidrio flotado patentado por Pilkington Bros. en los años 50, mucho más económico y con una calidad de acabado superior. Este vidrio plano producido en grandes planchas (de hasta 6 m x 3,5 m), en espesores que van desde 2 mm hasta 25 mm, es a su vez materia prima para diferentes manufacturas:
Vidrios de acristalamiento en construcciones: acristalamientos sencillos, vidrio aislante y vidrios con tratamientos de superficie para darles diferentes capacidades de absorción y reflexión de la luz. Todos ellos, a su vez, pueden ser templados, con lo que se aumenta su resistencia mecánica, o superpuestos en diferentes capas mediante polímeros adecuados (vidrio laminado). A estos dos últimos se les denomina como vidrios de seguridad debido a sus propiedades.
Vidrios para acristalamiento de vehículos.
Vidrio decorativo (mesas, espejos, etc.).

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Vidrio hueco: se denomina así al vidrio moldeado con formas tales que permiten contener productos. Estas formas se suelen clasificar en:
Botellas: la forma permite contener líquidos en general. Presentan un orificio (boca) para su llenado y vaciado de diámetro más estrecho que el diámetro del envase para facilitar su cerrado hermético. Se usan para la distribución de productos líquidos, fundamentalmente en la industria alimentaria.
Tarros: son envases análogos a las botellas, pero su boca es de un diámetro cercano al del cuerpo del tarro. Se utilizan para el envasado y distribución de productos semisólidos o pastosos, de difícil llenado y vaciado. El cerrado hermético de la boca se efectúa mediante sistemas especiales o tapaderas que aseguran el ajuste entre la tapa y la boca del tarro, generalmente fabricados con un compuesto de láminas de metal o materiales plásticos.
Frascos: envases dedicados a la industria farmacéutica y perfumería. En el primer caso, se someten a un tratamiento de la superficie interior del envase para hacerlos más resistentes al posible ataque y contaminación del contenido (caso de sueros o perfusiones). En el segundo caso, suelen presentar formas artísticas diseñadas para este tipo de productos.
Otras aplicaciones artísticas o decorativas.

Fabricación del vidrio

El vidrio se fabrica a partir de una mezcla compleja de compuestos vitrificantes, como sílice; fundentes, como los álcalis; y estabilizantes, como la cal. Estas materias primas se cargan en el horno de cubeta (de producción continua) por medio de una tolva. El horno se calienta con quemadores de gas o petróleo. La llama debe alcanzar una temperatura muy elevada y por eso el aire de combustión se calienta en unos recuperadores construidos con ladrillos refractarios antes de que llegue a los quemadores. El horno tiene dos recuperadores cuyas funciones cambian alternadamente: uno se calienta por contacto con los gases ardientes mientras que el otro proporciona el calor acumulado al aire de combustión. La mezcla se funde (zona de fusión) a unos 1500 °C y avanza hacia la zona de enfriamiento, donde tiene lugar el recocido. En el otro extremo del horno se alcanza una temperatura de 1200 a 1800 °C. Al vidrio así obtenido se le da forma por laminación, mediante moldes (por ejemplo de arena) o por otro método.

Estado vítreo

Tradicionalmente se ha considerado que la materia podía presentarse bajo tres formas: la sólida, la líquida y la gaseosa. Nuevos medios de investigación de su estructura íntima -particularmente durante el siglo XX- han puesto al descubierto otras formas o estados en los que la materia puede presentarse. Por ejemplo el estado mesomorfo (una forma líquida con sus fases emécticas, nemáticas y colestéricas), el estado de plasma (o estado plasmático, propio de gases ionizados a muy altas temperaturas) o el estado vítreo, entre otros.

Los cuerpos en estado vítreo se caracterizan por presentar un aspecto sólido con cierta dureza y rigidez y que ante esfuerzos externos moderados se deforman de manera generalmente elástica. Sin embargo, al igual que los líquidos, estos cuerpos son ópticamente isótropos, transparentes a la mayor parte del espectro electromagnético de radiación visible. Cuando se estudia su estructura interna a través de medios como la difracción de rayos X, da lugar a bandas de difracción difusas similares a las de los líquidos. Si se calientan, su viscosidad va disminuyendo paulatinamente –como la mayor parte de los líquidos- hasta alcanzar valores que permiten su deformación bajo la acción de la gravedad, y por ejemplo tomar la forma del recipiente que los contiene como verdaderos líquidos. No obstante, no presentan un punto claramente marcado de transición entre el estado sólido y el líquido o "punto de fusión".

Todas estas propiedades han llevado a algunos investigadores a definir el estado vítreo no como un estado de la materia distinto, sino simplemente como el de un líquido subenfriado o líquido con una viscosidad tan alta que le confiere aspecto de sólido, sin serlo. Esta hipótesis implica la consideración del estado vítreo como un estado metastable al que una energía de activación suficiente de sus partículas debería conducir a su estado de equilibrio, es decir, el de sólido cristalino.

En apoyo de esta hipótesis se aduce el hecho experimental de que, calentado un cuerpo en estado vítreo hasta obtener un comportamiento claramente líquido (a una temperatura suficientemente elevada para que su viscosidad sea inferior a los 500 poises, por ejemplo), si se enfría lenta y cuidadosamente, aportándole a la vez la energía de activación necesaria para la formación de los primeros corpúsculos sólidos (siembra de microcristales, presencia de superficies activadoras, catalizadores de nucleación, etc.) suele solidificarse dando lugar a la formación de conjuntos de verdaderos cristales sólidos.

Todo parece indicar que los cuerpos en estado vítreo no presentan una ordenación interna determinada, como ocurre con los sólidos cristalinos. Sin embargo en muchos casos se observa un desorden ordenado, es decir, la presencia de grupos ordenados que se distribuyen en el espacio de manera total o parcialmente aleatoria.

Esto ha conducido a diferentes investigadores a plantear diversas teorías sobre la estructura interna del estado vítreo, tanto de tipo geométrico, basadas tanto en las teorías atómicas como en las de tipo energético.

Cristal organizado de SiO2
vidrio

Según la teoría atómica geométrica, en la sílice sólida cristalizada el átomo de silicio se halla rodeado de cuatro átomos de oxígeno situados en los vértices de un tetraedro cada uno de los cuales le une a los átomos de silicio vecinos. Una vista en planta de este ordenamiento se esquematiza en la figura 1, en la que el cuarto oxígeno estaría encima del plano de la página. Cuando esta sílice pasa al estado vítreo, la ordenación tetraédrica se sigue manteniendo a nivel individual de cada átomo de silicio, aunque los enlaces entre átomos de oxígeno y silicio se realizan en un aparente desorden, que sin embargo mantiene una organización unitaria inicial (véase la figura 2).

No obstante, ninguna de estas teorías es suficiente para explicar el comportamiento completo de los cuerpos vítreos aunque pueden servir para responder, en casos concretos y bien determinados, a algunas de las preguntas que se plantean.

Las sustancias susceptibles de presentar un estado vítreo pueden ser tanto de naturaleza inorgánica como orgánica, entre otras:
Elementos químicos: Si, Se, Au-Si, Pt-Pd, Cu-Au.
Óxidos: SiO2,B2O3,P2O5, y algunas de sus combinaciones.
Compuestos: S3As2,Se2Ge,S3P2,F2Be,Cl2Pb,IAg,(NO3)2Ca.
Siliconas (sustancias consideradas como semiorgánicas)
Polímeros orgánicos: tales como glicoles, azúcares, poliamidas, poliestirenos o polietilenos, etc.

SiO2 en estado vítreo
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Vidrios Comunes

Sílice vítrea

Se denomina sílice a un óxido de silicio de fórmula química SiO2. Se presenta en estado sólido cristalino bajo diferentes formas enanciotrópicas. Las más conocidas son el cuarzo (la más frecuente y estable a temperatura ambiente), la cristobalita y las tridimitas. Además 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 1723ºC. A esta temperatura se obtiene un líquido incoloro y muy viscoso que si se enfría con relativa rapidez, se convierte en una sustancia de naturaleza vítrea a la que se suele denominar vidrio de cuarzo.

Este vidrio de cuarzo presenta un conjunto de propiedades de gran utilidad y de aplicación en múltiples disciplinas: en la investigación científica, tecnológica, en la vida doméstica y en general en todo tipo de industria. Se destacan como más relevantes las siguientes:
Gran resistencia al ataque por agentes químicos, por lo que es muy utilizado como material de laboratorio. Sólo es atacado, de manera importante a temperatura ambiente, por el ácido fluorhídrico en sus diferentes formas (gaseosa o disolución). A temperaturas superiores a 800ºC reacciona a velocidades apreciables con sales alcalinas o alcalinotérreas, en particular con sales sódicas, tales como el carbonato o el sulfato sódicos.
Si bien su densidad a temperatura ambiente es relativamente alta (2,2 g/cm3) su coeficiente de dilatación lineal medio a temperaturas inferiores a los 1000ºC es extremadamente pequeño: se sitúa en 5,1•10-7 K-1, lo que permite, por ejemplo, calentarlo al rojo y sumergirlo bruscamente en agua, sin que se fracture. El número de aplicaciones que esta propiedad suscita es elevado.
Su índice de refracción a la radiación electromagnética visible es 1,4589, lo que le hace apto para instrumentos ópticos en general.
Su resistividad eléctrica es del orden de los 1020 ohm.cm en condiciones normales lo que le convierte en uno de los mejores aislantes eléctricos conocidos, con todas las aplicaciones que de ello se derivan en la industria moderna.
La absorción de la radiación electromagnética del vidrio de cuarzo muestra una gran transparencia a la luz visible así como en las bandas correspondientes al espectro ultravioleta, lo que le hace especialmente apto para la fabricación de lámparas y otros instrumentos generadores de este tipo de radiación.

Otras propiedades, sin embargo, dificultan su elaboración y utilización. En particular, las siguientes:

El punto de fusión de la sílice cristalizada depende de la variedad enanciotrópica que se trate. Para la variedad estable a partir de los 1470 ºC (la α-cristobalita) este es de 1723 ºC. Estas son temperaturas que no pueden alcanzarse fácilmente, salvo en instalaciones muy especializadas. Por esta razón, la fabricación del vidrio de cuarzo ha sido siempre rara y cara. Industrialmente, su producción es bastante limitada si se la compara con otros tipos de vidrio.
Su viscosidad en estado vítreo presenta una gran variación con la temperatura, pasando de valores superiores a 107 poises (aspecto totalmente sólido) por debajo de los 1800 ºC, a 103,5 poises a 2758 ºC (aspecto pastoso y moldeable).
Las viscosidades toman valores tan sumamente elevados que deben expresarse como potencias de diez. En general, las viscosidades de los vidrios suelen darse bajo la forma de su logaritmo decimal. Para obtener el vidrio de cuarzo es necesario partir de un cuarzo cristalizado de gran pureza, finamente molido, que se somete a altas temperaturas. El líquido que se obtiene presenta gran cantidad de burbujas diminutas de aire ocluido entre los granos del cuarzo, que le dan un aspecto lechoso, traslúcido, al que se suele denominar gres de cuarzo y cuyas aplicaciones como recipiente resistente al ataque químico o a los cambios bruscos de temperatura son frecuentes. Sin embargo, resulta totalmente inútil para aplicaciones en las que se precise una gran transparencia (lámparas de rayos UVA, lámparas de cuarzo y óptica en general). Para estas últimas es necesario que durante el proceso de fusión se puedan desprender esas burbujas gaseosas ocluidas. Para que ese desprendimiento fuera efectivo bajo la presión atmosférica y a una velocidad aplicable industrialmente, se precisaría que el líquido presentara una viscosidad por debajo de los 200 poises, lo que en el caso de la sílice líquida implicaría temperaturas del orden de los 3600ºC. En la práctica para poder desgasificar el vidrio de sílice se funde el cuarzo a temperaturas próximas a los 2000ºC en recipientes donde se hace el vacío, complicando mucho la tecnología de su producción y, por consiguiente, encareciendo el producto.
La resistencia a la tracción en estado puro, en condiciones normales y con una superficie perfectamente libre de toda fisura, es de unos 60 kbar. Esta gran resistencia (superior a la del acero) se ve fuertemente disminuida por imperfecciones en la superficie del objeto, por pequeñas que estas sean.
Su módulo de Young a 25ºC es de 720 kbar y el de torsión 290 kbar. Cuando se le somete a un esfuerzo de tracción mecánica a temperaturas próximas a la ambiente, se comporta como un cuerpo perfectamente elástico con una función alargamiento/esfuerzo lineal, 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. Al golpearlo, o se deforma elásticamente y su forma no se altera o, si se sobrepasa su límite de elasticidad, se fractura.

Viscosidades
de la sílice vitrea
(Según Brückner)
Temperatura Viscosidad
ºC μ (poises)
1800 107,21
2000 106,10
2200 105,21
2400 104,50
2600 103,90
2800 103,40

Silicato sódico

Las sales más comunes de sodio tienen puntos de fusión por debajo de los 900 ºC. Cuando se calienta una mezcla íntima de cuarzo finamente dividido con una sal de estos metales alcalinos, por ejemplo CO3Na2, a una temperatura superior a los 800 ºC se obtiene inicialmente una fusión de la sal alcalina, cuyo líquido rodea a los granos de cuarzo, produciéndose una serie de reacciones que pueden englobarse en la resultante siguiente:
-5,12 kcal/mol

Esta reacción, levemente exotérmica, desprende anhídrido carbónico gaseoso -que burbujea entre la masa en fusión- y conduce a un primer silicato sódico, de punto de fusión 1087 ºC.

De acuerdo con la termodinámica, la mezcla de dos sustancias de puntos de fusión diferentes presenta un “Punto de Liquidus”[cita requerida] que se sitúa entre los de las dos sustancias en contacto. De esta forma la mezcla de la sílice y el silicato sódico formado da lugar a un producto de SiO2 y silicatos, ya en estado líquido a temperaturas que no sobrepasan los 1200 ºC, lejos de los más de 2000 ºC necesarios para preparar el vidrio de cuarzo.

Al producto así obtenido se le da corrientemente el nombre genérico de silicato sódico, si 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. Industrialmente se preparan silicatos sódicos con proporciones molares de cada componente situadas entre:
3,90 moles de SiO2 / 1 mol de Na2O y 1,69 moles de SiO2 / 1 mol de Na2O

NOTA: la proporción estequiométrica de un metasilicato sódico puro sería de 1 mol de SiO2 / 1 mol de Na2O

Estos silicatos sódicos presentan un aspecto vítreo, transparente y muy quebradizo. Para alcanzar una viscosidad del orden de los 1000 poises (necesaria para su moldeado) se precisan temperaturas que, en función de su composición, oscilan entre los 1220 ºC para el silicato más rico en SiO2, y los 900 ºC para el más pobre. Son muy solubles en agua: entre un 35% y un 50% en peso de silicato, según el contenido en SiO2. Su falta de rigidez mecánica y su solubilidad en agua les hacen inútiles como sustitutos del vidrio de cuarzo en ninguna de sus aplicaciones.

Raramente se presentan en la industria en forma sólida, sino bajo la forma de disolución acuosa. Su 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 química.

Su producción se realiza en hornos continuos de balsa calentados mediante la combustión de derivados del petróleo y frecuentemente también con energía eléctrica, 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 1400ºC y los 1500ºC.

Vidrios de silicato sódico

Con el fin de obtener un producto con propiedades similares a las del vidrio de cuarzo a temperaturas alcanzables por medios técnicamente rentables, se produce un vidrio de silicato sódico al que se le añaden otros componentes que le hagan más resistente mecánicamente, inerte a los agentes químicos a temperatura ambiente -muy particularmente al agua- y que guarden su transparencia a la luz, al menos en el espectro visible.

Estos componentes son metales alcalinotérreos, 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). Las materias primas que se utilizan para la elaboración de vidrios de este tipo se escogen entre aquellas que presenten un menor costo:
Para el cuarzo:
Arenas feldespáticas, de pureza en SiO2 superior al 95% y con el menor contenido en componentes férricos posible (entre un 0,15% y 0,01% en términos de Fe2O3)
Cuarcitas molidas
Para el sodio:
Carbonatos sódicos naturales (yacimientos de EE.UU. y África).
Carbonato sódico sintético, el más utilizado en Europa.
Sulfato sódico sintético, subproducto de la industria química.
Nitrato sódico natural (nitrato de Chile).
Cloruro sódico o sal común.
Estos tres últimos, utilizados en pequeñas proporciones, debido al desprendimiento de gases contaminantes durante la elaboración del vidrio: SOX, NOX, Cl2.
Para el Calcio:
Calizas naturales.
Para el Magnesio:
Dolomitas naturales.
Para el Bario:
Sulfato bárico natural (baritina).
Para el Aluminio:
Feldespatos naturales (caolines).

La producción industrial de este tipo de vidrios se realiza, al igual que 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 eléctrica a temperaturas que oscilan entre los 1450ºC y los 1600ªC. En estos hornos se introduce una mezcla en polvo ligeramente humedecida (5% 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 que, combinados y mezclados, darán lugar a esa sustancia a la que se denomina vidrio común.

Propiedades del vidrio común

Las propiedades del vidrio común son una función tanto de la naturaleza de las materias primas como de la composición química del producto obtenido. Esta composición química se suele representar en forma de porcentajes en peso de los óxidos más estables a temperatura ambiente de cada uno de los elementos químicos que lo forman. Las composiciones de los vidrios silicato sódicos más utilizados se sitúan dentro de los límites que se establecen en la tabla adjunta.

Intervalos de composición frecuentes en los vidrios comunes
Componente Desde% hasta %
SiO2 68,0 74,0
Al2O3 0,0 4,0
Fe2O3 0,0 0,45
CaO 9,0 14,0
MgO 0,0 4,0
Na2O 10,0 16,0
K2O 0,0 4,0
SO3 0,0 0,3

Muchos estudios -muy particularmente en la primera mitad del siglo XX- han intentado establecer correlaciones entre lo que se denominó la estructura interna del vidrio –generalmente basada en teorías atómicas– y las propiedades observadas en los vidrios. Producto de estos estudios fueron un conjunto de relaciones, de naturaleza absolutamente empírica, que representan de manera sorprendentemente precisa muchas de esas propiedades mediante relaciones lineales entre el contenido de los elementos químicos que forman un vidrio determinado (expresado bajo la forma del contenido porcentual en peso de sus óxidos más estables) y la magnitud representando dicha propiedad. Curiosamente, las correlaciones con las composiciones expresadas en forma molar o atómica son mucho menos fiables.
Composición "tipo" de vidrio de

silicato sódicoSiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O SO3
73,20 1,51 0,10 10,62 0,03 13,22 1,12 0,20

NOTA: En este caso, los contenidos en MgO, Fe2O3 y SO3 son consecuencia de las impurezas de la caliza, arena y el sulfato sódico, respectivamente.

La absorción (o transparencia)(7) a la luz de los vidrios de silicato sódico en la zona del espectro visible (0,40 μ a 0,70 μ) depende de su contenido en elementos de transición (Ni y Fe en el ejemplo). Sin embargo, tanto en el ultravioleta como en el infrarrojo el vidrio se comporta prácticamente como un objeto casi opaco, independientemente de cualquiera de estos elementos.
(1) La densidad es algo más elevada que en el cuarzo fundido 2,5 frente a 2,2 g/cm3).
(2) El coeficiente de dilatación térmica lineal a temperatura ambiente, es notablemente más alto que el de la sílice fundida (unas 20 veces más), por lo que los objetos de vidrios de silicato sódico son menos resistentes al "choque térmico".
(3) Su índice de refracción es ligeramente mayor que el del vidrio de cuarzo y puede aumentarse mediante el uso de aditivos.
(4) La resistencia a la tracción en cualquier tipo de vidrio es una magnitud que depende extraordinariamente del estado de la superficie del objeto en cuestión, por lo que su cuantificación es compleja y poco fiable.
(5) La resistencia al ataque químico o físico (disolución) de los vidrios comunes es una función de su composición química fundamentalmente. No obstante, en todos ellos esta resistencia es elevada. Se suele medir mediante una serie de pruebas tipificadas internacionalmente. Entre las más usadas:
DIN 12116
DIN 52322
DIN 12111
La atacabilidad de los vidrios también se modifica mediante tratamientos superficiales: con SO2, Sn, Ti, y otros.
(6) Para moldear un vidrio es necesaria una viscosidad que se sitúa entre 1000 poises y 5000 poises. En el caso de la sílice son necesarias temperaturas de más de 2600ºC, en tanto que para los vidrios comunes basta con 1200ºC, aproximadamente.
(7) La absorción de la luz se ve influenciada por la estructura íntima de estas materias transparentes. En el caso de una estructura Si-O la absorción de fotones es baja, incluso para longitudes pequeñas de onda (transparencia a los rayos UVA). No es así cuando a esta sencilla estructura se le añaden otros elementos (Na, Mg Ca, etc.) que inciden decisivamente en la absorción a las longitudes de onda pequeñas (< 0,2 μ) y en las infrarrojas (> 0,7 μ). Por otra parte, la presencia en la red vítrea de elementos de transición (ver Tabla periódica de los elementos) produce absorciones selectivas de radiación visible, lo que permite, entre otras cosas, colorear los vidrios con una amplia gama de matices.

Reciclaje del Vidrio:

El vidrio es un material totalmente reciclable y no hay límite en la cantidad de veces que puede ser reprocesado. Al reciclarlo no se pierden las propiedades y se ahorra una cantidad de energía de alrededor del 30% con respecto al vidrio nuevo.

Deposito publico para vidrio
vidrio

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Vidrio flotado

El vidrio flotado consiste en una plancha de vidrio fabricada haciendo flotar el vidrio fundido sobre una capa de estaño fundido. Este método proporciona al vidrio un grosor uniforme y una superficie muy plana, por lo que es el vidrio más utilizado en la construcción. Se le denomina también vidrio plano, sin embargo no todos los vidrios planos son vidrios fabricados mediante el sistema de flotación.

Historia

Antiguamente, el vidrio plano para acristalamientos se fabricaba mediante la técnica del soplado del vidrio, obteniendo piezas cilíndricas de gran tamaño que, una vez cortadas, se aplanaban antes de endurecer. La mayor parte del vidrio empleado hasta principios del siglo XIX se fabricaba de este modo. A partir de esa época empezó a fabricarse el vidrio por extrusión, estirándolo entre unos cilindros de 2 a 2,5 metros de largo y de 25 a 35 centímetros de diámetro. Aumentando la distancia entre los rodillos, por los que pasaba el vidrio, se obtenía un vidrio de mayor grosor. Estos métodos originaban numerosas taras en el vidrio, siendo las más comunes las burbujas de aire en el interior del vidrio ya enfriado. Este proceso de fabricación fue patentado por Henry Bessemer en 1848.

La primera descripción de la técnica de flotado del vidrio apareció en los Estados Unidos, en 1902, en una patente de W. E. Heal. Una variante de este proceso apareció en 1925, ideada por Hitchcock. Entre 1953 y 1957 Sir Alastair Pilkington y Kenneth Bickerstaff, de la empresa manufacturera británica Pilkington Brothers, desarrollaron la primera aplicación comercial exitosa de estas patentes, consiguiendo formar una lámina continua de vidrio, vertiéndolo sobre estaño fundido contenido en un gran depósito, donde el vidrio fluía lateralmente, sin obstáculos, hasta donde le permitiera su propia fluidez bajo la influencia de la gravedad y las tensiones superficiales.

Las primeras ventas con beneficios se alcanzaron en 1960.

El vidrio se fabrica a partir de una mezcla compleja de compuestos vitrificantes, como el sílice, fundentes, como los álcalis, y estabilizantes, como la cal. Estas materias primas se cargan en el horno de cubeta (de producción continua) por medio de una tolva. El horno se calienta con quemadores de gas o petróleo. La llama debe alcanzar una temperatura suficiente, y para ello el aire de combustión se calienta en unos recuperadores construidos con ladrillos refractarios antes de que llegue a los quemadores.

El horno tiene dos recuperadores cuyas funciones cambian cada veinte minutos: el primero se calienta por contacto con los gases ardientes mientras el segundo proporciona el calor acumulado al aire de combustión. La mezcla se funde (zona de fusión) a unos 1.500 °C y avanza hacia la zona de enfriamiento, donde tiene lugar el recocido. En el otro extremo del horno se alcanza una temperatura de 1.200 a 1.800 °C.

El vidrio fundido cae por un canal en una piscina que contiene estaño fundido, controlando la cantidad por medio de una compuerta de material refractario. Para evitar la oxidación del estaño, la cámara contiene una atmósfera protectora compuesta de hidrógeno y nitrógeno.

Mientras el vidrio fluye por la piscina de estaño, la temperatura se reduce de manera que la plancha vaya enfriándose y endureciéndose.

Vidrio armado

El vidrio armado es aquel vidrio que lleva en su interior una malla de metal de manera que, si se rompe, los pedazos de vidrio quedan unidos al alambre proporcionándole al vidrio una seguridad adicional. Sin embargo, se desaconseja este tipo de vidrio si se expone a temperaturas extremas. Esto es debido a que la diferencia de comportamiento ante el calor o el frío es diferente en el vidrio y el metal, dando lugar a tensiones provocadas por la dilatacion de ambos materiales que provocan la ruptura del vidrio.

El vidrio armado fue fabricado por primera vez en 1886 por el alemán August F. Siemens.

El vidrio templado es un tipo de vidrio utilizado principalmente en la industria del motor y la construcción. Para fabricarlo, el vidrio flotado se calienta gradualmente hasta una temperatura de reblandecimiento de alrededor de 700 grados Celsius para después enfriarlo muy rápidamente con aire, agua o aceite. De esta manera se consigue que el vidrio quede expuesto en su superficie a tensiones de compresión y en el interior a tensiones de tracción, confiriéndole mayor resistencia estructural y al impacto que el vidrio sin tratar, teniendo la ventaja adicional de que en caso de rotura se fragmenta en pequeños trozos inofensivos (por lo cual se le considera uno de los tipos de vidrio de seguridad). Debido a su proceso de elaboración y las propiedades del producto obtenido, ha de ser confeccionado a medida y no admite ninguna posibilidad de modificación posterior.

El vidrio laminado consiste en dos láminas de vidrio unidas por una lámina intermedia normalmente de Butiral de polivinilo (PVB) o resina. Esta lámina puede ser transparente o translúcida, de colores e incluir prácticamente de todo: papel con dibujos, diodos LED, telas, etc. También pueden recibir un tratamiento acústico y de control solar. Esta lámina le confiere al vidrio una seguridad adicional ante roturas, ya que los pedazos quedan unidos a ella. Los parabrisas o los vidrios antirrobo y antibalas pertenecen a este tipo de vidrio. Esta flexibilidad permite hacer de los vidrios laminados un elemento indispensable en la arquitectura y el diseño contemporáneos.

Vidrio Soplado
El es una técnica implementada por los artistas del vidrio.

Existen dos tipos de vidrio soplado.
El vidrio soplado pyrex
El vidrio soplado reciclado

Ambos son artesanales, y requieren una gran destreza y ocupan de la mayor concentración posible, dado la temperatura del vidrio, y de la fragilidad del vidrio.

Vidrio Pyrex

Esta técnica empleada en todo el mundo, para realizar por ejemplo artesanía como: Pipas, aretes, pulseras, collares, bisutería. Pero también existen otras especialidades para el soplado de vidrio, como el científico, especializados en la realización de aparatos de laboratorio, el soplado de vidrio para tubos de neón en los rótulos,... Esta técnica artesanal emplea herramientas como soplete de gas butano o propano y oxigeno, tenazas, pinzas, gomas de soplado, tornos, máquinas de corte y los hornos para el templado del vidrio. Los colores de los vidrios se obtienen de cristal pirex coloreados previamente (de fabrica). Para poder hacer una artesanía con esta técnica, se necesita de que el soplete funda el cristal pyrex, hasta llegar a unos 2000 grados centígrados con los que se pueda moldear libremente. Ya con la idea determinada. Todo esto carecerá de un buen trabajo, si no se tiene una experiencia previa, sobre el manejo de los colores y de su fundición, ya que a muy poca temperatura el vidrio no podrá trabajarse con facilidad y además tiene un enfriamiento muy rápido. La combinación de colores y formas vendrá de la creatividad del artista, al untarlos, fundirlos, mezclarlos, o adherirlos al cristal con el cual se va a trabajar. Para poder darle formas con volumen interior, muchas veces utilizan de una pajilla metálica que al perforarla en el cristal, sacan aire de sus pulmones, calibrando el aire según el diámetro de la burbuja o la forma que quieran hacer. Cuando la pieza es muy grande suplen los pulmones con la ayuda de un compresor. Para tener una mejor visualización sobre lo que se trabaja en esta artesanía. Pueden recordar de los agitadores con figuras en vidrio, el cristal de Murano (en cualquiera de sus modalidades).

El vidrio pirex

Es un tipo de cristal que es más resistente que el vidrio común. Normalmente se utiliza para hacer material de laboratorio, probetas, matraces. El vidrio pirex o el vidrio de borosilicato tiene una resistencia química muy buena; resistencia química al agua, ácidos( menos al ácido fluorhídrico y fosfórico caliente), soluciones de sal, disolventes orgánicos… Otra propiedad del vidrio pirex es que resiste altas temperaturas sin deformarse, no se deforma por debajo de 550ºC. Composición química del vidrio pirex: Sílice: 80 Óxido de boro: 13 Óxido sódico: 5 Óxido de aluminio: 2 Óxido potásico: 0,5

Vidrio soplado reciclado

Su primer uso, que se remonta a tiempos muy antiguos, era para objetos de bisutería. Añadiéndole diversos minerales durante el fundido se obtenían cuentas de diferentes colores. En la Antigua Roma se inventó el soplado, técnica que permitió la elaboración de recipientes e, incluso, de láminas para ventanas.

Para poder fundir el vidrio, se necesita de una temperatura de 1600 grados centígrados (C°), todo esto para que tome de un comportamiento viscoso y cristalino, con el cual se podrá trabajar con facilidad. Muy liquido seria imposible de trabajar al igual que muy denso. Se vierten cargas de vidrio soplado en un horno (conformado con ladrillo refractarios, uniéndolos con una mezcla de mortero y agua [como capa interior], como para exterior se emplea ladrillo de barro, todo esto con la finalidad de resistir las altas temperaturas y mantener el calor), después de vertidas las cargas se iniciara el "derretido" del vidrio. Para poder tomar el vidrio se utiliza una "caña" (tubo cilíndrico de acero hueco) previamente calentada de su parte lejana al cuerpo humano, para poder estar a la misma temperatura del vidrio y esta no sume un choque termal, y no dificulte su adhesión a la cana. Se introducirá en la "tina" (deposito de vidrio derretido) del horno, una vez introducida la cana se le dará vueltas al tubo (sobre su propio eje), para poder obtener la mayor cantidad de vidrio (según la pieza a fabricar). Una vez tomada la masa de cristal de le procederá a darle una forma esférica sobre una placa de acero, para poder manejarla mejor (todo esto girando la masa sobre lo ancho o largo de la placa). Una vez teniendo la forma deseada, se pasara a soplar (con la boca introducida en un extremo de la cana, soplado) la bola para poder darle la dimensión deseada (según la pieza a fabricar). Después se pasara a un molde (de acero en grano), y se procederá a soplar con muchas fuerzas dentro de la pieza (adentro del molde), para poder darle una forma predeterminada (en producciones mayores como vasos, copas, jarras, floreros, etc. es necesario de un molde para agilizar la producción), una vez teniendo una forma "predeterminada", se mocha de un extremo con un simple golpe en la cana, dejando caer la pieza sobre un contedor (previamente acondicionado con tela de asbesto en su parte inferior y arena sílice de un grano demasiado grueso), todo esto con la finalidad de que la parte donde se unía el tubo con la pieza de vidrio soplado sirva como boca de alguna pieza (solo en vasos, copas, floreros, ensaladeras, licoreras, botellas). Una vez que se deposita, con otro tubo (para acabar), previamente calentado a la temperatura del vidrio (en el contenedor a 900 grados centígrados (C°), se tomara de la parte donde no esta la abertura, y se introducirá al horno (por una de sus bocas), para poder calentar la pieza para poder trabajarla. Una vez teniendo la temperatura deseada, se abre poco a poco el orificios con unas tenazas (de hierro forjado artesanalmente), para darle un diámetro superior al inicial. Después de obtenido el diámetro calculado, se utiliza un madero cubierto de papel periódico (previamente humedecido con agua), y se le da la forma a la boca, según se desee. Después de terminada la pieza, colocándole las aplicaciones que se deseen, se pasara a un horno de temple, para poder disminuir la temperatura poco a poco, y este agarre características especiales (según el método del templado) como dureza, tenacidad.

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Vidrio

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3 comentarios - Quimitinga - Hoy - El Vidrio

maxirn05
el vidrio es un liquido, el vidrio es un liquidooo

lalalla