El término 'vidrio' se usa comúnmente para materiales amorfos formados como resultado del enfriamiento rápido de un líquido, sin pasar por la fase de cristalización. Desde un punto de vista estructural, el vidrio es un sólido con una red de átomos no periódica. Los óxidos de silicio, boro y fósforo, es decir, SiO 2 , B 2 O 3 y P 4 O 10 , y sus aleaciones con otros óxidos, por ejemplo, metales alcalinos y metales alcalinotérreos, tienen la capacidad de formar vidrio (por solidificación en una masa amorfa) . Como elemento primario, el selenio, el azufre, el carbono, el silicio, el telurio, el arsénico, el germanio, el boro y el fósforo tienen propiedades formadoras de vidrio. Además de las sustancias mencionadas anteriormente, las mismas propiedades se observan en algunas sustancias orgánicas altamente polimerizadas, como el poliestireno y compuestos con grupo hidroxilo, como la glicerina.
Las propiedades del vidrio
A diferencia de los cuerpos cristalinos anisotrópicos, los vidrios tienen propiedades isotrópicas. A medida que el material se calienta, se ablanda gradualmente y pasa continuamente de un estado sólido a un estado en el que se puede describir como un líquido altamente viscoso y superenfriado. El rango de temperatura en el que se observa esta transformación es relativamente estrecho y se conoce como rango de transformación del vidrio. Se pueden observar varios cambios significativos: hay un cambio rápido en el calor específico, el índice de refracción, el coeficiente de expansión térmica y la permitividad. A temperaturas por debajo del rango de transformación, el vidrio es duro y quebradizo. A medida que aumenta la temperatura, se vuelve más y más plástico hasta convertirse en un líquido más móvil. El rango de transformación del vidrio de cuarzo es de alrededor de 1500 K, mientras que para los vidrios de silicato las temperaturas son ligeramente más bajas, alrededor de 800-1000 K, dependiendo de la composición exacta del material.
Las propiedades del vidrio
Tanto el vidrio de cuarzo como el de silicato tienen una estructura que se asemeja a los silicatos cristalinos. Está compuesto por grupos tetraédricos de SiO 4 que se conectan para formar una estructura tridimensional rígida. La diferencia, sin embargo, es su disposición, ya que a diferencia de los cuerpos cristalinos con una red cristalina ordenada, los grupos presentes en el vidrio están interconectados de forma desordenada. El sistema vítreo se describe como aparentemente estable, lo que significa que no alcanza un equilibrio, sino que tiende hacia el estado cristalino. En condiciones normales, este proceso es tan lento que es imperceptible. Solo se puede observar en lentes muy antiguos. Sin embargo, la velocidad del proceso puede incrementarse con temperaturas más altas de 1200-1400 K, dependiendo del grado del vidrio. Un cambio notable posterior a la cristalización es una turbidez característica y una mayor fragilidad del vidrio. La plasticidad de la masa de vidrio se puede cambiar libremente utilizando la temperatura de procesamiento adecuada y se puede formar soplando, presionando, etc.
Ejemplos de materiales de vidrio.
- Vidrio sodocálcico 12,9 %Na 2 O (sosa), 11,6 %CaO (cal, carbonato cálcico), 75,5 %SiO 2 (arena de vidrio).
- Vidrio de potasio y calcio, donde Na 2 O ha sido reemplazado por K 2
- Vidrio de sodio, potasio y cal, que contiene óxidos de sodio y potasio.
- Vidrio Jena 74,5 %SiO 2 , 8,5 %Al 2 O 3 , 4,6 %B 2 O 3 , 7,7 %Na 2 O, 3,9 %BaO, 0,8 %CaO, 0,1 %MgO.
vidrio de silicato
El vidrio de silicato es el tipo de vidrio más utilizado, que se produce fusionando arena de cuarzo con soda Na 2 CO 3 y piedra caliza CaCO 3 a una temperatura de aprox. 1800 K. Gracias a tales condiciones, es posible introducir óxidos de silicio, sodio y calcio (SiO 2 , Na 2 O i CaO) en la masa. El óxido formador de vidrio básico en su composición es SiO 2 , y su red es el llamado enlace silicio-oxígeno que contiene sustituciones de iones intermedios con iones modificadores intermedios. Provienen de óxidos introducidos adicionalmente, que es para cambiar las propiedades del vidrio.
tinción de vidrio
Los aditivos de óxido de metal de transición se utilizan para teñir el vidrio. Los óxidos de cobalto dan un color azul violeta, el trióxido de dicromo da un color verde y los óxidos de hierro, dependiendo de las condiciones del horno, dan un color verde en una atmósfera reductora y un color marrón en una atmósfera oxidante. La tinción del vidrio con un color rojo rubí se realiza mediante el uso de oro disperso coloidalmente: la masa de vidrio se derrite y, durante la descomposición, se libera oro en fragmentación atómica. Inicialmente es incoloro, pero después de recalentarlo a una temperatura de aprox. 800-900 K y enfriamiento lento, se vuelve rojo rubí. Se usa un mecanismo similar para producir vidrio amarillo, pero se usa plata coloidal en lugar de oro. 
Refuerzo de vidrio
Es posible mejorar la calidad de la superficie del vidrio y modificarlo para que no se produzcan fisuras ni su desplazamiento. Hay tres tipos principales de procesos de refuerzo de vidrio:
- Enfriamiento , en el que el material se calienta a altas temperaturas y luego se enfría en aire o aceite. Dado que la superficie se enfría más rápido que la capa interna, sus dimensiones no pueden coincidir. El interior se estira por la superficie y la superficie se comprime por el interior.
- El endurecimiento químico permite lograr efectos similares a los del temple. El vidrio se coloca en una sal fundida que contiene cationes de potasio, por ejemplo, en KNO 3 calentado durante 12 horas a 500 o C. La difusión provoca el intercambio de iones de Na + a K + a medida que estiran la superficie exterior.
- La laminación de vidrio es un método de colocar una capa de polímero entre un mínimo de dos capas de vidrio. Esto es posible de dos maneras: el vidrio se puede presionar con un polímero o se puede verter un polímero líquido sobre las capas de vidrio.
Materias primas
La mayoría de las sustancias necesarias en la producción de vidrio son de origen mineral. Estos incluyen: arena, piedra caliza, dolomita, anhidrita. Sin embargo, también se utilizan sustancias que son productos de la industria química , como la sosa . En la actualidad, también se le da cada vez más importancia a las materias primas secundarias, es decir, al cullet . El cullet se clasifica en dos categorías: el cullet formado en el proceso de producción, que, después de la molienda. es adecuado para el reprocesamiento y el desperdicio extraño, es decir, material post-consumo que debe limpiarse y refinarse para poder reutilizarse.
Reciclaje de vidrio
El aspecto clave es entender que no todo el vidrio es reciclable. El desperdicio de vidrio es una materia prima secundaria muy importante, pero materiales tales como recipientes permanentemente conectados con otras materias primas, cerámica, lentes de vidrios, vidrios resistentes al calor, bombillas, jeringas, etc., no son aptos para el reprocesamiento. El reciclaje de vidrio es un proceso de varias etapas, y la primera etapa es la clasificación adecuada de los desechos . En la instalación de reciclaje, los residuos se pesan y se comprueba su idoneidad para el reprocesamiento. La siguiente etapa es triturar y eliminar las etiquetas y la suciedad menor de los materiales previamente separados. Después de la limpieza inicial, los residuos se dividen según el color y se transportan a la cristalería. En tales instalaciones, los desechos de vidrio se funden a 1200 o C en una masa de vidrio, a partir de la cual se forman nuevos productos. Es interesante que el procesamiento del vidrio, a diferencia del papel o el plástico, sea prácticamente interminable. Después de volver a fundir, las propiedades del vidrio no cambian.
