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habla como es el vidrio
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For a youth magazine.
Autor: Juan Esteban Cataño Días
Institución Educativa Marco Fidel Suarez
Área: Tecnología
Año: 2012
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L VIDRIO
Es un material
inorgánico duro, frágil y transparente que se
encuentra en la naturaleza aunque
también puede ser producido por el hombre. El vidrio artificial se usa para hacer ventanas, lentes, botellas y una gran variedad de productos.
El vidrio se obtiene por fusión 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.
PROCESO DE RECICLADO EN LA FÁBRICA DE VIDRIO
Existe una gran diversidad
tecnológica para su tratamiento. En la fábrica de vidrio el proceso puede resumirse en los siguientes pasos:
1. La fábrica recibe los envases enteros, rotos o ya triturados.
2. Separación. El proceso de separación consiste en retirar los elementos extraños que suelen
acompañar al vidrio: tapas, papel, etiquetas, plásticos, corchos, piedras, metales, porcelana, etc.
4. Separación o Selección por colores.
La separación se realiza
manualmente y/o con equipos específicos: imanes fijos para el
hierro, ciclones para papeles y plásticos detector de metales no
férricos por impulsos mecánicos “trimetau”, captadores de cerámicas y piedras “sistema trioptic”.
En la actualidad, ya se está operando
con equipo láser para separar todas las impurezas.
3. Lavado inicial.
E
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5. Reducciónel volumen
mediantetrituración o rotura. El producto triturado se denomina
calcín, que permite fabricar envases de vidrio exactamente iguales a los originales.
6. Procesamiento final. Se explica
más adelante.El objetivo de todosestos tratamientos es mejorar la
calidad del vidrio con el fin de
conseguir un alto rendimiento en los hornos de cocción. Calidad del vidriocon el fin de conseguir un alto rendimiento en los hornos de cocción.
Procesamiento final para obtener vidrio reciclado
El calcín o vidrio triturado se mezcla con arena, sosa, caliza y otros componentes, y se funde en un horno
a una temperatura que varía entre 1.425 y 1.525°C, según el tamaño de las partículas de vidrio. A menor
tamaño de los fragmentos de vidrio la temperatura es menor.
El vidrio fundido cae sobre unaMáquina moldeadora donde se
sopla o se moldea hasta conseguir la forma final. Los nuevos envases ya formados se enfrían
lentamente en un túnel de recocido. El vidrio reciclado exige menor temperatura de fusión que las
materias primas originales (arena, sosa y caliza), con ello se consume menos energía. La operación del
reciclado se puede realizar tantas veces como sea necesario, sinnecesidad de extraer nuevas materias primas.
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ESTRUCTURA ATOMICA
Las estructuras vítreas se producen
al unirse los tetraedros de sílice u otros grupos iónicos, para producir
una estructura reticular no cristalina, pero sólida
ÓXIDOS FORMADORES DE VIDRIOS
Los tetraedros SiO4 se encuentran
fusionados compartiendo vértices en
una disposición regular produciendo un orden de largo alcance. En un vidrio corriente de sílice los tetraedros están unidos por vértices formando
una red dispersa sin orden de largo alcance.
El óxido de boro B2O3, es un óxido formador de vidrio y forma sub-
unidades que son triángulos planos con el átomo de boro ligeramente fuera del plano de los átomos de
oxígeno. No obstante, en los vidrios de boro silicato a los que han adicionado óxidos alcalinos y
alcalinotérreos, los triángulos de óxido de BO3- pueden pasar a tetraedros BO4-, en los que los
cationes alcalinos y alcalinotérreos proporcionan la electro neutralidad necesaria. El óxido de boro es un
aditivo importante para muchos tipos
de vidrios comerciales, como vidrios de boro silicato y aluminio boro
silicato. El óxido alumínico también es un óxido formador.
ÓXIDOS MODIFICADORES DE VIDRIOS
Los óxidos que rompen la red de
vidrio se conocen como modificadores de red. Óxidos
alcalinos como Na2O y K2O y óxidos alcalinotérreos como CaO y MgO son incorporados a los vidrios de sílice
para reducir su viscosidad y así conseguir trabajar y modelar más fácilmente. Los átomos de oxígeno de
estos óxidos entran en la red de la sílice en los puntos de unión de los tetraedros, rompiendo el entramado y
produciendo átomos de oxigeno con un electrón desapareado. Los iones Na+ y K+ del Na2O y K2O no entran
en la red pero permanecen como iones metálicos enlazados iónicamente en intersticios de la red.
Estos iones promueven la cristalización del vidrio al llenarse algunos de los intersticios.
ÓXIDOS INTERMEDIARIOS EN
VIDRIOS
Algunos óxidos no pueden formar
vidrios por sí mismos, pero pueden incorporarse a una red existente. Estos óxidos son conocidos como:
óxidos intermediarios. Los óxidos intermedios son adicionados al vidrio de sílice para obtener propiedades
especiales. Por ejemplo, los vidrios de aluminio silicato pueden resistir mayores temperaturas que el vidrio
común. El óxido de plomo es otro óxido intermediario que se incorpora a algunos vidrios de sílice.
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Dependiendo de la composición del vidrio, hay óxidos intermedios que
deben actuar a veces como modificadores de la red, y otras como parte constitutiva de la red del vidrio.
TIPOS DE IMPERFECCIONES
Las Imperfecciones que presentan los
vidrios, originadas en su proceso de obtención. Son normalmente
causados por el hombre y estos son defectos de afino, homogeneidad, vitrificación y recocido.
Después de una ardua búsqueda se
pudimos determinar que los 2 defectos son por masa o superficiales. Y clasificando dichos defectos se obtiene lo siguiente:
DEFECTOS POR MASA
ESCORIAS
Son los granos de cualquier sustancia contenida en el vidrio y que no se han fundido en el curso de la fabricación.
Pueden ser granos de materias primas que por un defecto de fusión no han salido del estado sólido o pueden ser cuerpos extraños.
VETAS
Son causadas por la falta de homogeneidad del vidrio, debida a diferencias de composición o de
enfriamiento. Se clasifican según la forma de presentarse (ondas, hilos y estrías).
BURBUJAS
Son espacios gaseosos en el interior del vidrio y tienen forma esférica,
ovoidal o lenticular según el procedimiento de fabricación.
DEFECTOS SUPERFICIALES
PICADURAS
Es causado cuando un grano del abrasivo grueso utilizado ha
hecho una erosión profunda que no se elimina ni con el pulido.
RAYADO
Defecto producido por deficiencias en el pulido o como causa de roces con
cuerpos duros durante el almacenado o en el transporte.
AGUAS
Se encuentra en los vidrios planos no pulidos, a causa de la imperfección en lo plano de las superficies.
MERMAS O CRECES
Defectos o excesos de dimensiones en los vidrios moldeados.
REBABAS
Imperfecciones causadas por el mal encaje en las juntas de los moldes en el momento de la fabricación.
GRIETAS
Fisuras de diferentes longitudes y profundidades, causadas principalmente por el enfriamiento
radical bruto a partir de una temperatura inferior al punto de reblandecimiento o bien por la
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presión excesiva del émbolo en productos moldeados.
TIPOS DE VIDRIO
VIDRIOS DE BORO SILICATO
La sustitución de óxidos alcalinos por
óxido de boro en la red vítrea de la sílice da lugar a vidrios de más baja expansión. Cuando el B2O3 entra en
la red de la sílice debilita su estructura y reduce considerablemente el punto de
reblandecimiento de los vidrios de sílice. El efecto de debilitamiento se atribuye a la presencia de boros
tricoordinados planares. Los virios boro-silicatados (vidrios pyrex) se usan para equipos de laboratorio,
tuberías, material de cocina, como equipo para procesos químicos, hornos y faros de lámparas reflectoras.
En la figura 2 se muestra la temperatura de templado de un vidrio pyrex contra el tiempo. Cuando la
temperatura y el tiempo son bajos, en la figura se indica con puntos, y cuando tienen valores mayores,
aparecen círculos cada vez más grandes. Esto quiere decir que, para el vidrio pyrex, cuando la temperatura
de templado es alta y el tiempo largo, la diferencia entre el límite superior y el inferior es grande. El límite superior
está determinado por la temperatura a la cual el vidrio es un líquido que fluye con facilidad. El límite inferior,
también llamado punto de tensión, no está completamente definido, aunque lo han descrito como la temperatura a
la que una pieza puede ser rápidamente enfriada sin que tenga una tensión permanente. Así,
mientras más separados estén estos límites es mejor, porque el rango en el que podemos trabajar es mayor.
VIDRIOS AL PLOMO
El óxido de plomo es normalmente un
modificador de la red de la sílice, pero además puede actuar como un formador de la red. Los vidrios al
plomo con altos contenidos de óxido de plomo son de baja fusión y se utilizan para soldar vidrios de cierre
herméticos. Los vidrios de alto contenido en plomo son usados para proteger de la radiación de alta
energía y encuentra aplicación para ventanas de radiación, carcasas de lámparas fluorescentes y lámparas de
televisión. Por sus altos índices de refracción, los vidrios al plomo se emplean para algunos vidrios ópticos y para algunos vidrios decorativos.
VIDRIOS DE BOTELLA
De composición parecida a la del vidrio común, pero con cierto porcentaje de óxido de hierro.
VIDRIOS DE CRISTAL
Con adición de plomo o bario, lo que le confiere elevado brillo, mucho peso
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y sonido metálico, y el óptico, de transparencia, inalterabilidad,
homogeneidad e isotropía tales que permiten su uso en la fabricación de lentes, prismas, espejos.
VIDRIOS SÍLICO-SÓDICO-CÁLCICOS
Los vidrios silico-sódico-calcicos utilizados en la construcción recibe este nombre porque tienen en su
composición los siguientes elementos:
1. Sílice, un cuero vitrificante introducido en forma de arena (70 a 72%).
2. Sodio, un fundente en forma de carbonato y sulfato (aprox. 14%).
3. Cal, un estabilizante en forma de caliza (alrededor 10%).
Diversos óxidos, como los de
aluminio y los de magnesio, que mejoran las propiedades físicas del vidrio sobre todo su resistencia a la
acción de los agentes atmosféricos (alrededor 5%).
VIDRIOS DE SÍLICE FUNDIDO
Es el vidrio de composición simple más importante, presenta una alta transmisión espectral y no está sujeto
a daño de radiación que origina coloración en otros vidrios. Es casi siempre el vidrio idealpara las lunas
de vehículos espaciales y túneles aerodinámicos y para sistemas
ópticos en dispositivos espectrofotométricos. A veces, los vidrios de sílice son caros y difíciles de procesar.
PROPIEDADES FISICAS
COLOR
En cuestiones del color en los vidrios, el color es originado por los elementos que se agregan en el
proceso de fusión, llamados colorantes.
ELEMENTO COLOR
Óxido de cobalto Rojo azulado
Óxido ferroso Azul
Óxido férrico Amarillo
Óxido de cromo Verde grisáceo
Trióxido de cromo Amarillo
Óxido de cobre Verde azulado
Óxido de uranio Verde amarillento fosforescente
Selenio elemental Rosa
Sulfuro de cadmio coloidal
Amarillo
TEXTURA
La superficie de los vidrios puede
variar en cuestiones de brillo, esto depende del proceso de fundido en el que se haya quedado. Un vidrio
completamente fundido presenta un brillo, porque el vidrio se nivela y aplana cuando se funde, formando
una superficie extremadamente lisa,
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dicha homogeneidad es una muy buena característica del material pues lo hace más fácil de limpiar.
Cuando un vidrio no se funde completamente en el proceso de cocción o en su defecto su viscosidad
es todavía alta, la superficie resulta ser rugosa y por lo tanto con tendencia a mate; el vidrio mate es a
la vez opaco por el defecto en la aspereza de su superficie haciendo que no haya transparencia.
El vidrio mate puede hacerse a
propósito si se somete al vidrio a un enfriado lento. Los vidrios mate son
muy atractivos para usos artesanales,
con la única ventaja que son difíciles de limpiar.
PESO
El peso en los vidrios difiere de
acuerdo a su composición de los vidrios típicos según su uso.
Vidrios Si
O2
Al2
O3
Ca
O
Na
2O
B2
O3
Mg
O
Pb
O
Otr
os
Sílice Fundido
99
Vycor 96
4
Pyrex 81 2
4 12
Jarras
de vidrio
74 1 5 15
4
Vidrio para
ventana
72 1 10 14
2
Vidrio Plano
73 1 13 13
Focos 74 1 5 16
4
Fibras 54 14 16
10 4
Termómetro
73 6
10 10
Vidrio
de Plomo
67
6
17
10%
K2O
Cristal
óptico 50
1
19
13
% BaO,
8% K2O,
ZnO
Vidrio óptico
70
8 10
2% Ba
O, 8% K2
O
Fibras de
vidrio - F
55 15 20
10
Fibras
de vidrio -S
65 25
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Los vidrios presentan maleabilidad cuando se encuentran en su etapa de
fundición pues pueden ser moldeados y es la etapa de maleabilidad del vidrio, pues es donde se les da las
formas deseadas ya sea por moldes o por cualquier otro método. Los principales métodos empleados para
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moldear el vidrio son el colado, el soplado, el prensado, el estirado y el laminado.
PROPIEDADES QUIMICAS
DENSIDAD
Debido a los distintos tipos de vidrios
que pueden ser fabricados, las densidades varían de acuerdo a la sustancia con la que sean
complementados; normalmente un vidrio puede tener densidades relativas (con respecto al agua) de 2
a 8, lo cual significa que hay vidrios que pueden ser más ligeros que el aluminio y vidrios que puedan ser más pesados que el acero.
La densidad en un vidrio aumenta al incrementar la concentración de óxido de calcio y óxido de titanio. En
cambio sí se eleva la cantidad de alúmina (Al2O3) o de magnesia (MgO) la densidad disminuye.
VISCOSIDAD
La viscosidad es definida como la propiedad de los fluidos que
caracteriza su resistencia a fluir, debida al rozamiento entre sus
moléculas; generalmente un material viscoso es aquel que es muy denso y pegajoso.
La viscosidad en materia de vidrios
es muy importante porque esta determinará la velocidad de fusión.
CORROSION
El vidrio tiene como característica
muy importante la resistencia a la corrosión, en el medio ambiente son
muy resistentes y no desisten ante el desgaste, he ahí por lo cual los vidrios son utilizados incluso para los
experimentos químicos. Aunque su resistencia a la corrosión es muy buena no quiere decir que sea
indestructible ante la corrosión, existen cuatro sustancias que logran esta excepción.
Ácido Hidrofluorídrico
Ácido fosfórico de alta concentración
Concentraciones alcalinas a altas temperaturas
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Agua “súper calentada”
VENTAJAS
La ventaja principal del vidrio uviol es
la utilización que pretende dársele en invernaderos por su capacidad de dejar pasar los rayos UV. Es
ventajoso este material porque a un vidrio las personas ya saben cómo tratarlos, y se utiliza de la misma
manera que cualquier vidrio. La ventaja de los vidrios también reside en el precio regular que tiene en
comparación con demás materiales que pretendan igualar la cualidad principal del vidrio uviol que es la
manera en que puede dejar pasar rayos ultravioleta.
DESVENTAJAS
Se podría considerar como desventaja principal el hecho de que
este tipo de vidrios no esta tan disponible a cualquier persona.
Otra desventaja es la fragilidad característica de los vidrios ante los
otros diferentes materiales que ofrecen mayores resistencias pero carecen de las propiedades ópticas peculiares de los vidrios
El vidrio en la antigüedad
Plinio el Viejo (siglo I), en su Historia Natural, cuenta que unos mercaderes que se dirigían hacia Egipto para vender natrón (carbonato de sodio),
se detuvieron para cenar a orillas del río Belus, en Fenicia. Como no había piedras para colocar sus ollas,
decidieron utilizar algunos trozos de natrón. Calentaron sus alimentos, comieron y se dispusieron a dormir. A
la mañana siguiente vieron asombrados que las piedras se
habían fundido y habían reaccionado con la arena para producir un material duro y brillante, el vidrio.
En realidad, el hombre aprendió a
fabricar el vidrio muchísimo tiempo antes en forma de esmaltes vitrificados, la fayenza. Hay cuentas
de collares y restos de cerámica elaborados con fayenza en tumbas del periodo predinástico de Egipto, en
las culturas Naqada (3500-3200 a. C.)
Los primeros objetos de vidrio que se fabricaron fueron cuentas de collar o
abalorios. Es probable que fueran artesanos asiáticos los que establecieron la manufactura del
vidrio en Egipto, de donde proceden las primeras vasijas producidas durante el reinado de Tutmosis
III (1504-1450 a. C.). La fabricación del vidrio floreció en Egipto y Mesopotamia hasta el 1200 a. C. y
posteriormente cesó casi por completo durante varios siglos. Egipto produjo un vidrio claro, que contenía
sílice pura; lo coloreaban de azul y verde. Durante la época helenística Egipto se convirtió en el principal
proveedor de objetos de vidrio de las cortes reales. Sin embargo, fue en las costas fenicias donde se desarrolló el importante descubrimiento del vidrio
soplado en el siglo I a.C. Durante la época romana la manufactura del vidrio se extendió por el Imperio,
desde Roma hasta Alemania.En esta época se descubrió que añadiendo óxido de manganeso se podía aclarar el vidrio.
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El vidrio en la Edad Media
En el norte de Europa y Gran Bretaña continuaron produciendo objetos
utilitarios de vidrio. El vidrio común tipo Waldglas (del alemán, ‘vidrio del bosque’) continuó fabricándose en
Europa hasta la era moderna. Sin embargo, la producción más importante en este material durante la
edad media fueron los mosaicos de vidrio en la Europa mediterránea y las vidrieras en la zona del norte.
Los mosaicos
se hacían con teselas de vidrio, que
se cortaban de bloques de vidrio. En documentos del siglo VI se hace referencia a vidrieras en las iglesias,
aunque los primeros ejemplares conservados datan del siglo XI. Las más apreciadas se elaboraron
durante los siglos XIII y XIV, principalmente en Francia e Inglaterra. El vidrio se coloreaba o se
laminaba ya coloreado añadiendo óxidos metálicos a la mezcla, y después se cortaba. Los detalles se
pintaban sobre el cristal con un esmalte. Las piezas se sujetaban con varillas de plomo en una estructura
de hierro. El arte de la fabricación de vidrieras decayó a finales del renacimiento aunque volvió a recuperarse en el siglo XIX.
El vidrio en los países islámicos,
entre los siglos VIII y XIV, tuvo su auge en el Oriente Próximo. La antigua tradición Sasánida de tallado
del vidrio fue continuada por los artesanos musulmanes que realizaron vasijas decoradas
en altorrelieve, muchas con motivos animales, y con vidrio incoloro de
gran calidad con diseños tallados a la rueda. La técnica de esmaltado al
fuego y la del dorado incrementaron las posibilidades decorativas, destacando los artesanos vidrieros de
Alepo y Damasco. De Egipto proviene el descubrimiento de coloraciones vidriadas con brillantes efectos
metálicos, tanto en cerámica como en vidrio.
Las lámparas de las mezquitas y otras vasijas de uso cotidiano se
pintaron con motivos geométricos propios del islam. Sus formas y decoraciones influyeron en la
producción occidental posterior, destacando las de Venecia y España.
Del renacimiento al siglo XVIII
El cristal veneciano
El «cristal veneciano» más antiguo conocido data del siglo XV, aunque el vidrio ya se fabricaba en Venecia
desde el siglo X. Con centro en la isla de Murano, los venecianos dominaron el mercado europeo hasta
el año 1700. La contribución más importante fue la elaboración de un vidrio sódico duro y refinado muy
dúctil. Conocido como «cristallo», era incoloro, de gran transparencia, muy semejante al cristal. También se
hacían en cristal coloreado y opaco. Hacia finales del siglo XVI las vasijas se hicieron más ligeras y delicadas.
Desarrollaron un tipo de filigrana de vidrio que sería muy imitada. Consistía en incorporar hebras de
vidrio blanco opaco dentro de un cristal transparente, que producía el efecto de un encaje.
También en Murano surgieron
muchos estilos diferentes para
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lámparas de cristal, aunque fue la factoría de Nevers, en Francia, la que
adquirió mayor fama durante el siglo XVII. La práctica del grabado al diamante, técnica de los artesanos
holandeses del siglo XVII, lograba elaborados diseños.
Los fabricantes de vidrio de Europa intentaron copiar las técnicas y
decoraciones de los venecianos. La información se difundió con el libro El arte del vidrio (1612) de Antonio Neri,
y también por los sopladores de vidrio venecianos, pues aunque una ley prohibía a los artesanos vidrieros
abandonar Venecia y divulgar los secretos de su arte, muchos se instalaron en otros países europeos.
Cada país desarrolló sus imitaciones. La influencia italiana declinó en el siglo XVII, al surgir en Alemania e
Inglaterra nuevos métodos para la fabricación de vidrio.
