Entendiendo la Superficie del Vidrio: Origen, Propiedades y Comportamiento

La Superficie del Vidrio: Un Análisis Detallado

La superficie del vidrio se puede definir como una interrupción brusca de la estructura de dicho vidrio, de forma y espesor variable, que termina donde su composición es igual a la de la masa interna.

Origen de la Superficie del Vidrio

A partir de una masa fundida: cuando se origina de esta manera, la superficie recibe el nombre de prístina o virgen. Esta superficie tiene una vida muy corta, puesto que es muy reactiva y va a poder interaccionar con diversas sustancias, como el aire. Además, es muy susceptible al roce con otras superficies, transformándose rápidamente en la superficie normal que presentan los vidrios.

Por fractura: cuando la nueva superficie se origina por fractura o rotura de una pieza de vidrio, se llama superficie fresca de fractura, la cual también presenta una vida muy corta por la reactividad que presenta debido a la rotura. Esto se debe a que al producirse la fractura, se rompen los enlaces Si-O de la red, quedando átomos sin saturar sus valencias, muy reactivos. Este tipo de superficie reacciona muy rápidamente con el vapor de agua presente en la atmósfera, convirtiéndose en una superficie análoga a la virgen, que después evoluciona para generar la superficie normal.

Durante la rotura, la neutralidad eléctrica que existe en el interior de la masa de vidrio no se mantiene en la superficie. Esto hace que la distancia entre los iones varíen y se produzca un cambio en la estructura del vidrio que evoluciona hacia la formación de un cristal, es decir, se produce un proceso de desvitrificación, que es mucho más rápido a nivel de superficie de lo que puede serlo en la masa interior.

Superficie del Vidrio Fundido

Cuando sometemos al vidrio a elevadas temperaturas, se encuentra en estado líquido, y por tanto su superficie tendrá las características usuales de las superficies de los líquidos. Desde un punto de vista físico-químico, esta superficie es una interfase, donde se produce un equilibrio entre la evaporación de la masa fundida y la condensación del vapor en el exterior.

En estas circunstancias, como los óxidos de los metales alcalinos suelen ser los más volátiles, se van a concentrar en la parte superior de la mezcla, o sea, en la superficie de la masa fundida, por lo que para conseguir que la composición del vidrio sea homogénea será necesario aplicar una buena agitación. Además, se generan gases de contaminación que pueden impurificar el vidrio. Para evitar o minimizar la formación de estos gases se pueden emplear hornos eléctricos o aumentar la superficie de la mezcla, con lo que se consigue que dichos gases se disipen.

Por otra parte, desde un punto de vista mecánico, esta superficie se comporta como una membrana elástica, presentando cierta tensión superficial. Por ello, el vidrio fundido tiende a formar gotas. En la superficie se produce difusión de sus componentes, lo que hace que no tengan la misma composición química que el resto de la masa de vidrio fundido y que la composición en diferentes puntos de dicha superficie sea distinta.

Otra cuestión importante es la aparición de fuerzas de compresión sobre la superficie, sobre todo en el proceso de enfriamiento al contraerse la superficie, que hace que ésta se enfríe mucho antes que el resto de la masa.

Todas estas cuestiones (concentración de óxidos alcalinos, impurezas, fuerzas de comprensión) distinguen a una superficie prístina o virgen de la superficie fresca de rotura.

Por último, indicar que si el enfriamiento del vidrio se hace muy rápido la estructura de la superficie de vidrio se solidifica conteniendo muchos más óxidos alcalinos. Eso hace que este tipo de vidrios sean mucho menos resistentes que otros vidrios recocidos.