Propiedades del vidrio común

Vidrio

El vidrio es una sustancia amorfa fabricada sobre todo a partir de sílice (SiO2) fundida a altas temperaturas con boratos o fosfatos. También se encuentra en la naturaleza, por ejemplo en la obsidiana, un material volcánico, o en los enigmáticos objetos conocidos como tectitas.

El vidrio es un material inorgánico duro, frágil, transparente y amorfo que se encuentra en la naturaleza aunque también puede ser producido por el ser humano. El vidrio artificial se usa para hacer ventanas, lentes, botellas y una gran variedad de productos. El vidrio es un tipo de material cerámico amorfo.

El vidrio se obtiene a unos 1 500 °C de arena de sílice (SiO2), carbonato de sodio (Na2CO3) y caliza (CaCO3).

El término "cristal" es utilizado muy frecuentemente como sinónimo de vidrio, aunque es incorrecto en el ámbito científico debido a que el vidrio es un sólido amorfo (sus moléculas no están dispuestas de forma regular) y no un sólido cristalino.

Propiedades del vidrio común[editar • editar código]

Las propiedades del vidrio común, son una función tanto de la naturaleza como 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 74,5

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 –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.

silicato sódico

Composición "tipo" de vidrio de

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O SO3

73,20 1,51 0,10 10,62 0,03 13,22 1,12 0,20

Los contenidos en MgO, Fe2O3 y SO3 son consecuencia de las impurezas de la caliza, arena y el sulfato sódico, respectivamente.

Fuente

Coeficientes para el cálculo de propiedades del vidrio8

Propiedad Valor Unidades Fuente

Densidad a 25 °C(1) 2,49 g/cm3 Gilard & Dubrul

Coeficiente de dilatación lineal a 25 °C(2) 8,72•10-6 °C-1 Wilkelman & Schott

Conductividad térmica a 25 °C 0,002 cal/cm.s.°C

Russ

Tensión superficial a 1200 °CCoeficientes para el cálculo de propiedades del vidrio

319 dinas/cm Rubenstein

Índice de refracción (a 589,3 nm)(3) 1,52 - Gilard & Dubrul

Módulo de elasticidad a 25 °C 719 kbar Appen

Módulo de Poisson a 25 °C 0,22 - Wilkelman & Schott

Resistencia a la tracción a 25 °C(4) (900) bar Wilkelman & Schott

Constante dieléctrica (4.5.188 Hz) 7,3 - Appen & Bresker

Resistencia eléctrica a 1100 °C 1,06 Ώ.cm

Resistencia eléctrica a 1500 °C 0,51 Ώ.cm

Calor específico a 25 °C 0,20 cal/g/°C Sharp & Ginter

Atacabilidad química DIN 12111(5) 13,52 ml de HCl 0,01N R. Cuartas

Nota

La viscosidad se expresa en la figura 3(6)

Coeficientes para el cálculo de propiedades del vidrio (cuadro)

Figura 3: Logaritmo de la viscosidad según temperaturas (según R. Cuartas).

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.

Notas

• (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:

o DIN 12116

o DIN 52322

o DIN 12111

o 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 1 000 poises y 5 000 poises. En el caso de la sílice son necesarias temperaturas de más de 2 600 °C, en tanto que para los vidrios comunes basta con 1 200 °C, 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 (menores de 200 nm) y en las infrarrojas (superiores a 700 nm). 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

DURABILIDAD

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