Qué es el vidrio y cómo se produce?

El vidrio es un material duro, normalmente frágil y transparente, común en nuestra vida diaria. Está compuesto principalmente de arena (silicatos, SiO2) y un álcali.

Estos materiales se fusionan a altas temperaturas (estado viscoso fundido); entonces son enfriados rápidamente para formar una estructura rígida. Sin embargo, no tienen suficiente tiempo para formar una estructura cristalina regular.

Dependiendo del uso final y la aplicación, la composición del vidrio y la velocidad de enfriamiento variará para lograr las propiedades adecuadas para la aplicación específica. Los siguientes son ingredientes comunes para obtener vidrio:

1. Arena (SiO2 silice) En su forma pura existe como un polímero, (SiO2)n

2. Ceniza de soda (carbonato de sodio Na2CO3) Normalmente el SiO2 se ablanda hasta 2000 °C, donde empieza a degradarse (a 1713°C la mayoría de las moléculas ya pueden moverse libremente). Adhiriendo soda bajará el punto de fusión hasta 1000 °C haciéndolo más manejable.

3. Piedra caliza (carbonato de calcio o CaCo3) o dolomita (MgCO3) También conocido como cal, el carbonato de calcio se encuentra naturalmente como piedra caliza, mármol o tiza. La soda hace que el vidrio sea soluble en agua, suave y no muy duradero. Así que la cal es adherida aumentando la dureza y la resistencia química, y proporcionando insolubilidad de los materiales.

Otros materiales y óxidos pueden ser adheridos para incrementar las propiedades (matiz, durabilidad, etc), producir efectos diferentes, color, etc.

Principales propiedades del vidrio

Estas son las principales características del vidrio:

• Material sólido y duro
• Estructura desordenada y amorfa
• Frágil y fácilmente rompible en piezas delgadas o puntiagudas
• Transparente para la visibilidad de la luz
• Material inerte y biológicamente inactivo
• El vidrio es 100% reciclable y uno de los materiales más seguros para embalaje debido a su composición y propiedades.

El vidrio es usado para aplicaciones de arquitectura, iluminación, transmisión de electricidad, instrumentos para investigación científica, instrumentación óptica, artículos de uso doméstico e incluso textiles. El vidrio no se deteriora, corroe, mancha o descolora y por lo tanto es uno de los materiales de embalaje más seguros.  

Estas propiedades pueden ser modificadas y cambiadas al adherir otros componentes o tratamientos térmicos.

Tipos de Vidrio y Aplicaciones en el Mercado

A continuación, son descritos los principales tipos de vidrio:

Vidrio Comercial o Vidrio de Sosa y Cal

Este es el vidrio comercial más común y menos costoso. La composición de vidrio de sosa y cal es normalmente 60-70% sílice, 12-18% soda y 5-12% cal. Un bajo porcentaje de otros materiales puede ser adherido para propiedades específicas, tales como colorantes.

• Tiene una apropiada transmisión de luz para usarse en ventanas de vidrio plano;
• Tiene una superficie suave y libre de poros que permite limpiar fácilmente el embalaje de vidrio y las botellas de vidrio;
• Los contenedores de vidrio de cal sodada con virtualmente inertes, resistentes a ataques químicos de soluciones acuosas, evitando la contaminación del contenido y del sabor.

Considerando que el vidrio puro SiO2 no absorbe la luz ultravioleta, el vidrio de sosa y cal no permite el paso de luz a una longitud de onda inferior a 400 nm (luz UV).

La desventaja del vidrio de cal sodada es que no es resistente a altas temperaturas y repentinos cambios térmicos. Por ejemplo, todos han experimentado una rotura cuando se vierte un líquido a alta temperatura. Por ejemplo, al hacer té.

Algunos de los usos del vidrio de sosa y cal son principalmente botellas, jarras, vasos de uso diario para beber y ventanas de vidrio.

Vidrio de Plomo

El vidrio de plomo está compuesto de SiO2 en 54-65%, óxido de plomo (PbO) 18-38%, soda (Na2O) o potasa (K2) 13-15%, y varios otros óxidos. Cuando el contenido de PbO es menor a 18% es conocido como cristal.

• En cantidades moderadas el plomo aumenta la durabilidad;
• En altas cantidades baja el punto de fusión y disminuye la dureza generando una superficie suave;
• Adicionalmente tiene un alto índice de refracción creando un vidrio altamente brillante.

Estas últimas propiedades lo hacen apropiado para propósitos decorativos.

El vidrio con alto contenido de óxido de plomo (65%) puede ser usado como vidrio de blindaje contra la radiación porque el plomo absorbe los rayos gama y otras formas de radiación dañina, por ejemplo, en la industria nuclear.

Así como con el vidrio de sosa y cal, el vidrio de plomo no es resistente a altas temperaturas o cambios bruscos de temperatura.

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Vidrio de Borosilicato

El vidrio de borosilicato está compuesto principalmente de sílice (70-80%), óxido de boro B2O3 (7-13%) y pequeñas cantidades de alcalinos (óxido de sodio y potasio) como 4-8% de Na2O y K2O, y 2-7% de óxido de aluminio (AI2O3).

El boro da gran resistencia a los cambios térmicos y la corrosión química.

Es adecuado para las plantas de proceso en la industria química, en laboratorios, en la industria farmacéutica, en bombillas para lámparas de alta potencia, etc. El vidrio de borosilicato también es usado en el hogar para platos de cocina y otros productos resistentes al calor. Es usado en cocinas domésticas y laboratorios químicos ya que tiene gran resistencia a los choques térmicos y permite mediciones con gran exactitud en laboratorios cuando se experimenta con calentamiento y enfriamiento.

Las formas recientemente desarrolladas de vidrio incluyen:

Vidrio de seguridad construido con dos piezas de vidrio de placa unidas por un plástico para evitar que el vidrio se disperse cuando se rompe.

Fibra de vidrio hecha de vidrio fundido, formado en filamentos continuos que son usados para telas o aislamiento eléctrico.

Espuma de vidrio hecha atrapando burbujas de gas en vidrio para producir un material esponjoso con fines aislantes. 

Porcentaje químico por peso de los tipos de vidrio más comunes