Vidrios y espejos

8/6/2019 Vidrios y espejos

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Vidrios y espejos

Autores: Silvia Cerdeira, Helena Ceretti y Eduardo Reciulschi

Responsable disciplinar: Silvia Blaustein

rea disciplinar: Qumica

Temtica: Aplicaciones de materiales de inters tecnolgico

Nivel: Secundario, ciclo orientado

Secuencia didctica elaborada por Educ.ar

Propsitos generales

Promover el uso de los equipos porttiles en el proceso de enseanza y aprendizaje.

Promover el trabajo en red y colaborativo, la discusin y el intercambio entre pares, la realizacin en conjunto

de la propuesta, la autonoma de los alumnos y el rol del docente como orientador y facilitador del trabajo.

Estimular la bsqueda y seleccin crtica de informacin proveniente de diferentes soportes, la evaluaci

Introduccin a las actividades

El vidrio es uno de los materiales ms empleados por las sociedades modernas. Todos lo conocemos por su

transparencia y fragilidad, por sus diferentes usos, formas y colores.

Bsicamente, el vidrio se obtiene por fusin a aproximadamente 1500 C de arena (dixido de silicio o SiO2), soda

solvay (carbonato de sodio o Na2CO3) y piedra caliza (carbonato de calcio o CaCO3).

El vidrio en su estado natural fue uno de los primeros materiales utilizados por el hombre antes de que fuera capaz defabricarlo artificialmente. El hombre primitivo utiliz la obsidiana (una piedra vtrea oscura), de origen volcnico, para la

obtencin de piezas largas y puntiagudas, como cuchillos, puntas de flecha y lanzas.

Algunos afirman que los fenicios descubrieron el vidrio por casualidad al hacer un gran fuego sobre arena, rodeado con

cierto tipo de rocas. Con el tiempo, los fenicios elaboraron vidrio con propsitos decorativos, agregndole diferentes

minerales para obtener diversas tonalidades.

Esta tecnologa se fue extendiendo por el mundo, y en el Imperio romano se lleg aunque de manera bastante

rudimentaria a la tcnica del soplado, lo que permite la elaboracin del envase de vidrio. En el siglo XI la tcnica se

perfeccion en Alemania. En la misma poca surgieron los primeros espejos de vidrio en Espaa.

A fines del siglo XVIII, el proceso de fabricacin de vidrio se fue mejorando, haciendo del vidrio un material

comercialmente accesible para toda la poblacin, y para 1820 en Amrica ya se comercializaban ventanas producidas

utilizando estas nuevas tcnicas.

Objetivos de las actividades

Que los alumnos:


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Identificar los elementos que componen el vidrio y reconocer su estructura espacial.

Conocer las principales caractersticas de los distintos tipos de vidrios.

Explorar las posibilidades del vidrio como un material ambientalmente amigable.

Actividad 1.

Desde el punto de vista de su estructura, el componente principal del vidrio (el dixido de silicio) es en realidad un

slido molecular tridimensional cuya estructura bsica repetitiva es el in silicato (u ortosilicato) SiO44-

, una forma

piramidal tetradrica con un tomo de silicio en el centro ligado simtricamente a cuatro tomos de oxgeno en

los vrtices (ver secuencia didctica:Uniones covalentes II).

Figura 1. Estructura qumica del anin ortosilicato (SiO44-)

El vidrio es un slido amorfo que se forma cuando el dixido de silicio se enfra rpidamente a una determinada

temperatura llamada temperatura de transicin vtrea (una temperatura en la que las molculas tienen ya muy poca

movilidad).

La velocidad de este enfriamiento hace que se forme una red aleatoria de estos tetraedros de dixido de silicio unidos

por sus vrtices, en lugar de una estructura cristalina.

La diferencia entre las estructuras cristalina y amorfa es que la primera tiene un gran orden estructural u orden de largo

alcance, mientras la otra es ms desordenada. En la Figura 2 pueden apreciarse las diferencias entre ambos tipos deestructura. A la izquierda observamos una red ordenada (cada tetraedro representa un anin SiO4

4-), tpica de un

slido cristalino. A la derecha las mismas unidades estn distribuidas al azar representando un slido amorfo. Cuando

la slice fundida solidifica rpidamente forma una red tridimensional desordenada o amorfa.
http://secuencias.educ.ar/mod/resource/view.php?id=5248http://secuencias.educ.ar/mod/resource/view.php?id=5248


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Figura 2. Representacin esquemtica de un compuesto cristalino y uno amorfo.

Desde el punto de vista tecnolgico, para reducir el alto punto de fusin y la gran viscosidad del dixido de silicio, se

agrega carbonato de sodio, que al calentarse libera dixido de carbono e incorpora xido de sodio al vidrio.

Na2CO3 Na2O + CO2 (g)

De este modo, los tomos de sodio-oxgeno ingresan a la red de silicio-oxgeno. Las ecuaciones globales pueden

escribirse como sigue:

Na2CO3 + SiO2 Na2SiO3 + CO2 (g) a 550 C (1)

Na2SiO3 + SiO2 (Na2O) . (SiO2)2 a 700 C (2)

Estos componentes se conocen comoformadores de redes.

Nota: Las ecuaciones permiten visualizar la cantidad y el tipo de tomos que intervienen en una reaccin qumica,

pero son limitadas a la hora de mostrar la estructura tridimensional de un compuesto, la cual s puede apreciarse

mediante tcnicas de rayos X. Por esta razn es que la unidad ortosilicato (SiO44-

) no se observa claramente en

las ecuaciones.

Otros componentes principales del vidrio moderno: el calcio y el magnesio ingresan a la estructura de red como

modificadores de red y la accin de estos modificadores es hacer ms complejas las estructuras para que cuando se

fusionan los componentes durante el proceso de enfriado sea ms difcil que los tomos se organicen en

configuraciones adecuadas para que se produzca la cristalizacin.

La siguiente reaccin ocurre de modo similar que la observada en la ecuacin (1)

CaCO3 + SiO2 CaSiO3 + CO2 (g)

Por otra parte, hay algunos componentes que, al incluirse, le confieren caractersticas especiales a los vidrios, estos

son algunos de ellos:

Vidrio de borosilicato: Este vidrio contiene brax entre sus ingredientes fundamentales, junto con los yadescriptos. Su caracterstica fundamental es la resistencia a los ataques qumicos y las altas temperaturas,

por lo que se utiliza mucho en recipientes para la cocina, aparatos de laboratorio y equipos para procesos

qumicos.

Vidrio al plomo: El vidrio fino empleado para cristaleras de mesa y conocido como cristal es el resultado de

frmulas que combinan silicato de potasio con xido de plomo. El vidrio al plomo es pesado y refracta ms la

luz, por lo que resulta apropiado tambin para fabricar lentes o prismas.

Por ltimo, el color es un aspecto importante en la fabricacin del vidrio. Las impurezas en las materias primas

empleadas pueden afectar el color del vidrio, por lo que suele agregarse manganeso para obtener una sustancia clara

e incolora.

Tambin puede preferirse el vidrio coloreado. La coloracin puede obtenerse aadiendo a la mezcla xidos metlicos,

sulfuros o seleniuros. Por ejemplo, pequeas cantidades de hierro producen vidrios de tonos verdes y pardos.

En la esta pgina encontrarn informacin ms completa sobre el vidrio y sus componentes

Utilizando el programa Chemsketch 12 representar la estructura del SiO44-

, tanto plana (en 2 dimensiones) como

pirmide de base trigonal (3 dimensiones). Los tomos pueden transformarse en iones empleando la paleta de signos

(+) que aparece a la izquierda de la pantalla.
http://plinios.tripod.com/oro_por_cuentas_de_vidrio.htmhttp://plinios.tripod.com/oro_por_cuentas_de_vidrio.htm


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Si disponen de conexin a internet, ir a la solapa Add ons y seleccionar Search Pub Chem, que les dar ms

informacin sobre las propiedades de esta estructura.

Empleando el programa Writer, realizar un informe sobre las caractersticas estructurales y las reacciones involucradas

en la fabricacin del vidrio y los principales tipos de vidrio. Emplear las estructuras diseadas para ilustrar el informe.

Actividad 2.

Tcnicamente hablando, un espejo es cualquier superficie pulida en la que la luz se pueda reflejar en alta proporcin

(mayor al 90%).

Los espejos de vidrio que ahora nos son sumamente familiares recin fueron inventados en el siglo XIII. A partir de all

este video podemos ver cmo se fabrica industrialmente un espejo de vidrio.

Los espejos tambin pueden hacerse de modo artesanal: vamos a fabricar uno.

Precauciones

Atencin: La solucin de plateado qumico y sus residuos son inestables. Durante su preparacin pueden

producirse salpicaduras. El almacenamiento de esta solucin est absolutamente desaconsejado ya que al

descomponerse puede romper el frasco y otros frascos cercanos. Hacer nicamente la cantidad necesaria para

platear la superficie deseada.

Materiales

Un trozo de vidrio plano bien limpio para platear

5 vasos de plstico

Un marcador

Varillas de vidrio

Un gotero

Un filtro de caf

Un frasco oscuro de 250 mL (o envuelto en papel de aluminio)

Un recipiente o vasija de vidrio

Nitrato de plata 11 gramos

Hidrxido de sodio 5 gramos

Amonaco concentrado 10 - 20 mL

Glucosa 5 gramos

Agua desmineralizada 250 mL

Guantes descartables

Guardapolvo

Anteojos de seguridad

Balanza
http://www.youtube.com/watch?v=sjZaEUpkMo8http://www.youtube.com/watch?v=sjZaEUpkMo8


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Procedimiento

1. Ponerse los guantes, el guardapolvo y los anteojos de seguridad.

2. En uno de los vasos, se disuelven 10 gramos de nitrato de plata en 50 ml de agua. A esta solucin la llamaremos A.

3. En un segundo vaso se disuelve 1 gramo de nitrato de plata en 25 ml de agua. A esta solucin la llamaremos B.

4. En un tercer vaso se disuelven 5 gramos de hidrxido de sodio en 50 ml de agua y se la deja enfriar (la reaccin es

exotrmica). A esta solucin la llamaremos C.

5. Aadimos a la solucin A, gota a gota, amonaco concentrado. Veremos que la solucin se pone turbia y se produce

un precipitado de xido de plata; al seguir aadiendo veremos que el xido de plata se redisuelve y que la solucin se

aclara. Seguir aadiendo gota a gota y agitando con una varilla de vidrio hasta que la solucin quede totalmente clara.

Con el gotero aadimos poco a poco y agitando con una varilla un poco de la solucin B hasta que se enturbie

ligeramente. El objetivo de esta accin es evitar que haya un exceso de amonaco en el compuesto.

6. Agregar lentamente y con agitacin la solucin C. En esta operacin de nuevo se enturbiar el lquido.

7. Aadir gota a gota amonaco, agitando hasta que el lquido se aclare prcticamente. Cuidar de no aadir amonaco

en exceso; debe evitarse que el lquido quede totalmente transparente.

8. Con un gotero aadir lentamente y agitando lquido de la solucin B hasta que se enturbie ligeramente y se forme unpoco de precipitado color marrn o negro.

9. Filtrar la solucin empleando el papel de filtro sobre un vaso.

10. Transferir el lquido filtrado al frasco, completar hasta 250 ml y reservarlo en la oscuridad. Esta ser la solucin de

plateado.

11. Disolver 4 gramos de glucosa en 125 ml de agua. Esta ser la solucin reductora.

12. Colocar el objeto limpio a platear en el fondo de una vasija de vidrio. Mezclar dos partes de la solucin de plateado

y una parte de la solucin reductora en cantidades suficientes para cubrir al menos con un centmetro de lquido la

superficie a platear.

13. A los pocos segundos de mezclar las dos soluciones el vidrio comienza a oscurecerse, primero adoptando un color

marrn hasta alcanzar el negro: entonces se ven aparecer los primeros brillos de la plata. La deposicin de plata

contina durante unos 10 minutos en los que la solucin empieza a adoptar un color grisceo o marrn. Entonces ya

se puede descartar la solucin porque la plata que se deposite no ser adherente. Si no se requieren capas muy

gruesas se pueden diluir las soluciones una o dos veces. Una vez empleada la solucin no puede reutilizarse.

14. Una vez depositada la plata, quitar el lquido de plateado, enjuagar el objeto y dejarlo con agua durante media hora

para que la plata se asiente bien. Aunque se haya depositado una gruesa capa de plata, al principio es bastante

blanda y se puede desprender fcilmente, as que hay que manejarla con precaucin. Las ltimas capas de plata

depositadas son mates o pulverulentas, y es conveniente eliminarlas frotndolas suavemente con un algodn

humedecido. Si se requiere que la plata quede ms brillante an puede pulirse con material para abrillantar lentes.

Actividad 3. Reutilizacin y reciclado de vidrio

Una de las grandes ventajas del vidrio frente a otros materiales es que es amigable con el medio ambiente.

Debido a la facilidad para su lavado, los envases de vidrio permiten su reutilizacin, tratndolos simplemente con una

solucin limpiadora caliente. Por esta razn es que algunos productos comerciales que vienen en botellas de vidrio

llevan la inscripcin envase retornable, lo que indica que el envase ser lavado y rellenado.


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De todos modos, dado que la reutilizacin consume agua tanto para la solucin limpiadora como para el enjuague

posterior, es necesario pensar en dispositivos que minimicen el agua empleada en el proceso, ya que la misma

constituye un recurso vital para los seres humanos

Por otra parte, el vidrio puede ser reciclado. El vidrio de desecho es un sustituto de algunas materias primas utilizadas

para la fabricacin del vidrio.

El procedimiento consiste en moler previamente el vidrio a reciclar formando un cascote, para luego agregarlo a la

mezcla de fundicin. De este modo se ahorra aproximadamente entre un 30 a 40% de las materias primas a utilizar.

En el siguiente video puede verse cmo es el proceso de reciclado de vidrio.

Empleando el programa Draw y la informacin recolectada, realizar un pster para una campaa a favor del empleo

del envase de vidrio en tu comunidad.

Enlaces de inters y utilidad para el trabajo en el aula

Silicio, de la arena al chip

Materiales clsicos y modernos

Webgrafa recomendada

Historia del vidrio

Cmo y con qu se hace el vidrio

Tipos de vidrio

Ciclo del vidrio
http://www.youtube.com/watch?v=m4DYqugX4AY&feature=relatedhttp://www.oni.escuelas.edu.ar/2002/buenos_aires/berazategui/Vitrales%20e%20historia%20del%20vidrio1.htmhttp://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/137/html/sec_4.htmlhttp://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/137/html/sec_5.htmlhttp://www.rigolleau.com.ar/corteza_terrestre.phphttp://www.rigolleau.com.ar/corteza_terrestre.phphttp://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/137/html/sec_5.htmlhttp://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/137/html/sec_4.htmlhttp://www.oni.escuelas.edu.ar/2002/buenos_aires/berazategui/Vitrales%20e%20historia%20del%20vidrio1.htmhttp://www.youtube.com/watch?v=m4DYqugX4AY&feature=related

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