Química del Vidrio: Propiedades, Estructura Amorfa y Materias Primas Esenciales

El Vidrio: Composición, Propiedades y Aplicaciones Químicas

Definición del Vidrio

• Físicamente: Líquido rígido sobreenfriado, sin punto de fusión definido y con una viscosidad suficientemente alta que evita la cristalización de sus componentes.
• Químicamente: Unión de óxidos inorgánicos no volátiles que dan como resultado un producto de estructura atómica aleatoria (amorfa).

Usos y Características Generales

El vidrio tiene múltiples usos debido a su transparencia, alta resistencia al ataque químico, eficacia como aislante eléctrico y capacidad para mantener el vacío. Es un material frágil, pero presenta mayor resistencia a la compresión que a la tracción. Se producen alrededor de 800 formulaciones diferentes de vidrio. Es importante destacar que el vidrio es una materia prima 100% reciclable.

Propiedades Físicas y Químicas del Vidrio

Propiedades Físicas Clave

• Transparencia
• Densidad
• Coeficiente de dilatación
• Índice de refracción

Resistencia y Viscosidad

• Resistencia Mecánica: Asociada a la dureza, fragilidad y resistencia térmica, eléctrica y química.
• Viscosidad: Es crucial a altas temperaturas. La posibilidad de fabricar distintos objetos depende de la relación entre la viscosidad y la temperatura (T).

Tipos de Vidrio según su Comportamiento Viscoso

1. Vidrio Dulce: Una diferencia de viscosidad determinada se da en una variación de temperatura grande (periodo de fusión largo). Esto permite la fabricación de objetos en moldes complejos.
2. Vidrio Agrio: Una diferencia de viscosidad determinada se da en una variación de temperatura pequeña (periodo de fusión corto). Se utiliza en la fabricación de objetos simples y planos.

Propiedades Químicas: La Desvitrificación

La Desvitrificación es la formación de cristales dentro de la estructura vítrea. Este proceso se produce cuando el vidrio se enfría lentamente o se mantiene mucho tiempo a alta temperatura, lo que resulta en opacidad. Para evitarla, se debe enfriar rápidamente.

La cristalización se produce naturalmente bajo estas condiciones, haciendo que el vidrio pierda su estado vítreo y se desvitrifique. Este fenómeno también depende de la composición del vidrio. Para inhibir la desvitrificación, se le suele agregar Al₂O₃, Na₂O o PbO₂.

Debido a su estructura amorfa, el vidrio no tiene un punto de fusión determinado, sino que el material pasa al estado sólido en un periodo de fusión, caracterizado por el punto de reblandecimiento.

Materias Primas (MP) en la Fabricación del Vidrio

1. Dióxido de Silicio (SiO₂): Proviene de la arena. No debe contener impurezas. Constituye la proporción principal (60% al 80%) en vidrios comerciales.
2. Bórax y Ácido Bórico: Producen un mejoramiento al choque térmico, dan brillo y disminuyen la viscosidad del vidrio fundido. Se utilizan para vidrios ópticos.
3. Ácido Fosfórico (H₃PO₄): Se utiliza para dar opacidad.
4. Carbonato de Sodio (Na₂CO₃) y Óxido de Sodio (Na₂O): Aportan fluidez y expansión. Se utilizan como iniciadores en la formación del vidrio.
5. Nitrato de Sodio (NaNO₃): Aporta Na₂O y oxida al hierro.
6. Óxido de Calcio (CaO) y Carbonato de Calcio (CaCO₃): Disminuyen la expansión y sirven para la obtención de vidrios duros.