EL VIDRIO

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Ø     Consideraciones Generales:

 

El vidrio es un producto amorío de fusión, difiere ampliamente de composición. Es una mezcla compleja de silicatos; un silicato alcalino y el silicato de una o más bases (calcio o plomo). Esto en lo que se refiere a la mayor parte de los vidrios comerciales; mientras que en vidrios especiales se han reemplazado los álcalis por boratos, fosfatos y aluminatos y el plomo y calcio por otros metales: bario, magnesio, cinc, etc.

Para aplicaciones técnicas se emplean casi exclusivamente los silicatos dobles alcalino-calcicos y alcalino-plúmbico; que al solidificarse son transparentes y límpidos: y dentro de estos vidrios el más usado es el calcico-sodico. La razón de que la mayor parte del vidrio sea de soda y cal, es por el bajo valor de la materia prima.

Los principales variedades de vidrio son las siguientes:

 

1. Vidrios Sodicos (Silicato de sodio y calcio). – Es el vidrio ordinario que se emplea para elaborar vidrios planos, botellas, frascos y otros objetos varios. Tienen casi siempre un ligero color verde debido al hierro de las materias primas. Resisten a la acción disolvente del agua y los ácidos, tienen poco brillo. Las composiciones extremas de estos vidrios son las siguientes:

2.
Cuadro de texto: SiO2 ........................................................ 68 - 75 % Na2O ........................................................ 11 – 18 % CaO ......................................................... 8 – 17 %

Vidrios Potasicos. (Silicato de potasio y calcio). – Se reemplaza, en el vidrio anterior, el sodio por el potasio. Son más duros que los anteriores, muy brillantes, resisten mejor las variaciones de temperatura y son muy resistentes a la acción del agua y de los ácidos. Ejemplos; son los vidrios de Bohemia, vidrios de óptica (crown), etc:

3.
Cuadro de texto: SiO2 ........................................................ 75 % K2O ........................................................ 18 % CaO ......................................................... 17 %

Vidrios Plúmbicos. (Silicato de potasio y plomo). – En este vidrio se ha reemplazado del anterior el calcio por el plomo. Tienen peso especifico elevado y poseen notable esplendor, son muy transparentes, sonoros y refractan muy bien la luz. Dentro de estos vidrios se encuentra el cristal, el flint-glass empleado en óptica y el strass que sirve para elaborar piedras preciosas artificiales. La composición de algunos de estos vidrios es la siguiente:

 

SiO2

K2O

PbO

Cristal ….

53%

11 %

335 %

Flint    ….

20 – 54 %

0 – 12 %

80 – 34 %

Strass  ….

40 %

7 %

52 %

 

4. Vidrios Doricos. – Son vidrios en los que se ha reemplazado partes de sus componentes por anhídrido bórico, dando vidrios duros, resistentes al calor, para laboratorios por su bajo coeficiente de dilatación y debido a su bajo contenido en metales alcalinos y alcalino-terreos.

Vidrios clásicos de este tipo son Pixer y Jena.

 

Composición de los vidrios Jena y Pirex

 

SiO

H2O2

Na2O

Al2O2

As2O4

K2O

MgO

CaO

Fe2O3

ZnO

Pirex ...  

80, 62

11, 90

3, 83

2,00

0,66

0,61

0,20

0,22

0,12

---

Jena  ...

64,58

10,03

7,38

6,26

---

---

0,12

0,08

0,10

11,78

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Vidrios de Cuarzo. – Son vidrios obtenidos fundiendo sílice o cuarzo purísimo (99,5 % de SiO2) generalmente en hornos eléctricos de resistencia a unos 1800 °C.

 

6. Vidrios Varios. – Teniéndoos vidrios aluminosos, vidrios baríticos, vidrios de cinc, etc.

 

Ø     Propiedades:

 

El vidrio es una masa amorfa transparente. Se caracteriza porque carece de punto de fusión determinado y desde su estado liquido se vuelve cada vez más pastoso a medida que se enfría y el estado sólido lo adquiere a gran diferencia de temperatura y sin cesar de mantenerse amorfo. Esto se debe a la viscosidad del vidrio que aumenta rápidamente con el descenso de temperatura e impide que las moléculas tomen la forma cristalina.

La viscosidad, propiedad tan importante del vidrio, permite elaborar productos soplados, pero trae dificultades en la elaboración, al oponerse al desprendimiento de burbujas gaseosas retenidas durante la fusión y exige una fluidificación final alrededor de 1400 °C., Además, si se enfría muy rápidamente, se desarrollan en el vidrio tensiones inertes (de temple) que lo hacen frágil.

Desde que vitrificación se refiere a la fusión incipiente de unas mezclas de sólidos granulados, desvitrificación se refiere a la formación de cristales de un material en el estado vidrioso. Los silicatos individuales difieren grandemente en la prontitud con que ellos se desvitrifican, o sea, que pasan de un estado vidrioso al cristalino. El metasilicanato de sodio puro (Na2O. SiO2) cristaliza muy rápidamente. Los vidrios comerciales soda-cal-sílice (Na2O . 3CaO. 6SiO2) se pueden enfriar y no cristalizan el vidrio industrial es esencialmente una solución compleja de compuestos y es como cualquier otra mezcla de sales fundidas donde existe un equilibrio definido. Ella difiere solamente en que cuando el vidrio fundido se enfría, se hace continuamente más viscoso que las moléculas se mueven más o menos lentamente. El tiempo necesario para alcanzar el equilibrio químico llega a ser aumentado grandemente a bajas temperaturas. Debido a esta propiedad, los vidrios no tienen punto de fusión definido. Esta propiedad hace posible trabajar el vidrio a la llama y también trabajarlo para industrializarlo.

El vidrio es mal conductor del calor de la electricidad. Un buen vidrio debe resistir a la acción de los agentes atmosféricos, agua, CO2, ácidos y álcalis diluidos.

 

 

Ø     Materias Primas:

 

Como materias primas para la elaboración del vidrio se emplean óxidos ácidos y óxidos básicos.

A. – Los óxidos ácidos utilizan, sea en primer lugar la sílice (SiO2), que constituye el 40- 75 % de los vidrios: el anhídrido bórico (B2O3), constituyente importante de los vidrios de bajo coeficiente de dilatación (Pirex); la alúmina (Al2O3), etc.

B. – Los óxidos básicos utilizados se obtienen de metales alcalinos, alcalinotérreos, etc. ; en forma de óxidos o de sus sales.

C. –Además se emplean sales y óxidos varios para colorear los vidrios.

 

a) Óxidos ácidos:

SÍLICE. –Es el mayor ingrediente de los vidrios comerciales. Se emplea como cuarzo o arena, donde la pureza varía de acuerdo a su origen. La arena debe ser de tamaño uniforme, ni muy pulverizada ni muy grueso el grano: puesto que muy pulverizado forma espuma e hincha la masa durante la fusión y si el tamaño es muy grande no puede reaccionar con los otros metales y no se disuelve completamente, apareciendo el vidrio con piedras. De aquí se requiere arena en su mayoría de grano medio. Se determina la fineza pasándola por cedazos de diferentes mallas.

Las arenas arcillosas como se encuentran, están mezcladas con cierta cantidad de arcilla y otras impurezas, y cuando contiene poco Fe se purifican, empleándose para elaborar vidrios incoloros.

Las impurezas de Sílice suelen ser: Hierro, Aluminio y materia orgánica. La presencia de pequeñas cantidades de aluminio no afecta al vidrio: el hierro actúa como agente colorante produciendo un verde intenso; que depende de la cantidad existente y del grado de oxidación. Para los vidrios incoloros la arena debe contener la menor cantidad de hierro posible, mientras que para el vidrio común, tales como el de botella, no afecta.

Las mejores arenas para vidrios por su pureza son: Fontainebleau y Nemours en Francia; las islas Wight en Inglaterra; las Berkley Srings en América y las de Australia. Las arenas contienen Al2O2 en cantidades que pueden llegar hasta 2-3% y pueden tener efectos importantes en el vidrio terminado.

 

ACIDO BORICO.- B (OH)3 y bórax (B4O7Na2.1OH2O). –Se usa para vidrios resistentes al calor y para vidrios de óptica. Eleva la resistencia química, la dureza, la fusibilidad, rebaja el coeficiente de dilatación y modifica el índice de refracción.

 

ALUMINA.- Al2O3. –Empleada en forma de feldespatos, forma aluminatos, que junto con la cal y la magnesia aumenta la resistencia del vidrio y elevan su punto de fusión. La alumina en gran cantidad enturbia la masa fundente.

 

b) Óxidos Básicos:

 

ALCALINOS: SODIO Y POTASIO.-

 

Ø     Carbonato de sodio anhídrido (soda Solvay): Es la fuente de sodio mas empleada. El sulfato de sodio que reemplaza a la sosa se emplea mezclándolo con 6 o 7 % de carbon (evitando el exceso porque entonces en el horno se formaria sulfuro de sodio que teñiria el vidrio color pardo y tendra que corregirse con un oxidante; y tambien el exceso de carbon facilita la formación de sulfuro de calcio), y a temperatura elevada es descompuesta por la sílice; se desprende todo el asufre como anhídrido sulfuroso y en esa forma se pierde. Tambien se emplea nitrato de sodio (Nitro de Chile), se emplea como oxidante para destruir la materia organica y para pasar el hierro a sal ferrica.

Ø     Carbonato de potasio (potasa). –Es la fuente principal de potasio en la industria del vidrio. El nitrato de potasio se emplea como oxidante.

 

ALCALINOS TERREOS:

 

Ø     Calcio: Se intoduce el calcio como carbonato, oxido, etc. En la naturaleza se encuentran calizas de suficiente pureza para usarlas después de un simple desmenuzado, empleándose tambien creta blanca. Para vidrios finos se utiliza el mármol; las calizas deben estar en lo posible, exentas de hierro, mintras que el magnesio no afecta la calidad del vidrio.

Ø     Bario: Se emplea generalmente como carbonato natural o precipitado. Los vidrios que tienen bario son más pastosos y se prestan para articulos prensados. El oxido bárico aumenta el brillo y el peso especifico del vidrio y facilita el proceso de fusion. El bario puede substituir al plomo en el Flint-Glass.

 

OTROS METALES:

 

Ø     Plomo: El plomo se emplea en forma de minio (Pb3O4) y litargirio (PbO) que hacen al vidrio brillante y le dan mayor poder refringente; pero en cambio lo hacen blando y fusible. El minio actua como oxidante por el oxigeno que desprende y por esta razon es más empleado.

Ø     Magnesio: El oxido de magnesio hace al vidrio refractario sin modificar su dureza y al mismo tiempo aumenta su tenacidad, mucho más que por la accion del oxido calcico. Por lo tanto su agregado a un vidrio de calcio da un producto más tenas y refractrio.

Ø     Cinc: Se usa como oxido de cinc y reemplaza al calcio y al plomo, especialmente en los vidrios modernos, resistentes al calor; tambien se emplea en vidrios de optica porque aumenta la refraccion y rebaja la dispersión.

 

MATERIAS OPACIFICANTES:

 

Ø     Para obtener vidrios opalos y color blnco opaco, muy empleados para la iluminación electrica, etc., se agregan al vidrio productos que dan lugar a precipitaciones coloidales por enfriamiento (cuerpos solubles en el vidrio fundido, pero insolubles o poco solubles en el vidrio solido). Se emplean oxidos y sales.

·        Arsnico: Como arsénico blanco (As2O2)