PRÁCTICA 1. PREPARACION DE VIDRIOS DE COLORES

PRÁCTICA 1. PREPARACION DE VIDRIOS DE COLORES

Objetivos:

• Conocer el proceso de fabricación de vidrios.
• Fabricar vidrios de distintos colores
• Conocer los factores que afectan el color en los vidrios

Hipótesis:

La adición de distintos óxidos de metales a los formadores de vidrio provocará distintos colores en los vidrios resultantes.

Introducción

El vidrio se formó naturalmente a partir de elementos comunes presentes en la corteza terrestre mucho antes de que nadie siquiera pensara en experimentar con su composición. La obsidiana es una combinación natural de óxidos fundidos por el intenso calor volcánico y vitrificados por enfriamiento rápido en contacto con el aire. Su color negro y opaco se debe al contenido relativamente elevado de óxido de hierro.

La tecnología del vidrio ha evolucionado a lo largo de 6000 años y algunos principios modernos son de origen muy remoto. La loza la inventaron los egipcios, que moldeaban figurillas de arena (SiO2), el más conocido de los óxidos vitrificables.

Los vidrios tienen propiedades especiales que no se encuentran en otros materiales. La combinación de transparencia y dureza a temperatura ambiente, solidez y le resistencia a la corrosión en los ambientes normales. El vidrio se puede definir como un producto de una fusión de una mezcla de solidos inorgánicos en el cual los átomos que la constituyen, se han encadenado por medio del calor, se ha enfriado hasta un estado rígido sin cristalización, por lo que se le considera un líquido de alta densidad. Una característica del vidrio es que tiene una estructura amorfa. Las moléculas dentro del vidrio no están distribuidas en un orden repetitivo de largo alcance como el que existe en los sólidos cristalinos.

Óxidos formadores de vidrios. Los óxidos formadores de la red también son conocidos como vitrificantes. Las estructuras son principalmente tetraédricas o triangulares dependiendo de los iones que lo conformen, puede considerarse formada principalmente por voluminosos iones de oxígenos unidos entre sí por iones formadores provenientes de los óxidos formadores. Algunos de los óxidos formadores son SiO2, GeO2, B2O3, P2O5.

[pic 1][pic 2]

Figura 2.Estructura de red de SiO2, por la unión de tetraedros.

El conjunto constituye una red distorsionada entre cuyos huecos se acercan los iones modificadores de red, los iones modificadores son los iones de los metales alcalinos y alcalinotérreos. Las adiciones de óxidos modificadores a la red determinan roturas parciales de la red que debilitan su cohesión disminuyendo su estabilidad y consecuentemente rebajan su estructura de reblandecimiento.

Al adicionar estos óxidos se rompen los enlaces Si-O-Si para incorporar el oxígeno adicional de esa manera los sólidos vecinos ya no quedan unidos a los mismos oxígenos (Figura 3), esto origina la baja de la temperatura de reblandecimiento. Y los cationes de los metales que el vidrio llegue a cristalizar. Estos óxidos también son llamados fundentes. También provocan la debilitación en la rigidez mecánica, Aumentan el coeficiente de dilatación térmica. Empeoramiento a la resistencia en el choque térmico.[pic 3]

Figura 3. Adición del Oxígeno, del Fundente a las unidades de la red.

Cromóforos. Son los iones que permiten que los vidrios tengan un color determinado. Generalmente se debe a cationes metálicos, provenientes de sus respectivos óxidos (tabla 1).

[pic 4]

        Tabla 1. Cromóforos.

Reglas para formar vidrios. Reglas de Zachariasen (1932) para óxidos formadores de vidrio AO:

• El número de átomos de O que rodean a A debe ser pequeño (3, 4).
• Cada átomo de O no se une a más de 2 átomos de A.
• El estado vítreo es favorecido por los átomos de O que comparten vértices más que por los que comparten aristas o caras (promueven una estructura rígida con mayor ordenamiento).
• Cada poliedro oxigenado comparte por lo menos 3 vértices con los demás poliedros, favoreciendo la formación de una red tridimensional.

[pic 5]

        Figura 4. Poliedros formando una red tridimensional.

Tipos de vidrios. La mayoría de los vidrios comerciales se dividen en tres tipos principales y presentan una amplia diversidad de composiciones químicas:

• Vidrios de sílice-cal-sosa: son los más importantes en términos de cantidad producida y variedad de uso, pues comprenden casi todos los vidrios planos, envases vajilla económica producida en masa y bombillas eléctricas.
• Vidrios de sílice-potasa-plomo: contienen una proporción variable, pero normalmente alta de óxido de plomo. En el material óptico se valora su elevado índice de refracción; la cristalería decorativa y doméstica soplada a boca, su facilidad de corte pulido; en las aplicaciones eléctricas y electrónicas, su elevada resistividad eléctrica y la protección frente a las radiaciones.
• Vidrios de borosilicato: su baja dilatación térmica los hace resistentes al choque térmico y por ello son ideales para hornos domésticos, material de vidrio de laboratorio y producción de fibra de vidrio para reforzar plásticos.

Temperatura de transición vítrea.

En esta fase el material se presenta muy viscoso. Si la temperatura se incrementa aún más, el polímero se funde y el módulo es cero. Entre el estado rígido y el fundido se encuentra la temperatura de transición vítrea Tg.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Tabla 2. Vidrios realizados experimentalmente.

...