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U.T.N. – F.R.L.P. – QUÍMICA APLICADA – INGENIERÍA MECÁNICA –Año 2014‐Rev. 1 Hoja 1
Profesor: Pablo Cianciosi
Ayudante de cátedra: Marcelo Marino
U.T.N. – F.R.L.P. – QUÍMICA APLICADA – INGENIERÍA MECÁNICA –Año 2014‐Rev. 1 Hoja 2
Indice
Introducción e Historia ........................................................................................................................ 3
¿Qué es el vidrio desde un punto de vista técnico? ........................................................................... 5
Cristaloquímica del vidrio .................................................................................................................... 8
La transición vítrea .............................................................................................................................. 8
Composición y estructura ................................................................................................................. 10
Resistencia Mecánica ........................................................................................................................ 11
Algunos tipos de Vidrio ..................................................................................................................... 11
VidriosdeAluminosilicatos ........................................................................................................ 11
Cristalería:VidriosconÓxidodePlomo .................................................................................... 12
VidriosCerámicos ........................................................................................................................ 13
PolímerosCristalinosyamorfos ................................................................................................ 14
Elaguavítrea................................................................................................................................ 15
Vidriosinorgánicosnaturalesynotannaturales ..................................................................... 15
Tratamientos del Vidrio ..................................................................................................................... 16
Templado...................................................................................................................................... 16
Templado Químico .................................................................................................................... 16
Templado Térmico .................................................................................................................... 16
VidrioLaminado .......................................................................................................................... 17
VidrioArmado.............................................................................................................................. 18
¿Fluye el vidrio en el tiempo? ........................................................................................................... 18
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IntroduccióneHistoria
Nuestros antepasados usaban la obsidiana, un “vidrio natural”, desde hace más 75.000 años para
elaborar cuchillos y puntas de flecha. Se cree que el descubrimiento del vidrio fue accidental: unos
mercaderes que se dirigían hacia Egipto para vender natrón (carbonato de sodio) se detuvieron
para cenar a orillas de un río, y calentaron unas ollas sobre dichas piedras. A la mañana siguiente
las piedras se habían fundido y habían reaccionado con la arena para producir un material duro y
brillante, el vidrio. Los primeros objetos de vidrio fueron cuentas de collar, hechos en Egipto al
4000 a.C. Las imitaciones de piedras preciosas datan de 2500 a.C., mientras que los recipientes
aparecen en 1500 a.C. En general, el vidrio se obtenía calentando una mezcla de sosa, cal y arena
silícea hasta la fusión, y enfriando luego lentamente para impedir su cristalización. Los primeros
objetos de vidrio se hacían en moldes de arcilla. El método para fabricar recipientes consistía en
meter un núcleo de arena encerrado en una bolsa de tela, en el vidrio fundido, haciéndolo rodar
hasta darle forma, para luego quitar la arena una vez enfriado. Esta técnica se usó en el segundo
milenio a.C. Los romanos fabricaban también vasijas, pero con un esmaltado verde azulado, que
consistía en un esmalte de Plomo que se fundía para luego introducir la vasija y revestirla en su
parte exterior. La mayor innovación fue la técnica del soplado, que provino de Siria y se expandió a
través del imperio romano. Parece haber comenzado con el soplado de vasijas dentro de moldes,
desechándose éstos luego de adquirir la destreza suficiente. Al soplarlo, el vidrio formaba una
burbuja en el extremo de una caña, que luego se extraía dejando una boca que luego se retocaba
con unas tijeras. Hacia el siglo II a.C., la industria del vidrio se había difundido fuera de Italia,
usando potasa (Hidróxido de Potasio) en vez de sosa (Hidróxido de Sodio). En el siglo XIII, Venecia
se convirtió en un importante centro de fabricación de vidrio, y llevaron sus técnicas hasta
Inglaterra al emigrar en el siglo XVI. En el siglo XII algunas ventanas de iglesias y casas importantes
poseían vidrios. Éstos se obtenían torneando un globo hueco de vidrio fundido, hasta que la fuerza
centrífuga lo hacía abrir de improviso en forma de lámina plana y circular (crown glass). Los vidrios
coloreados (aparecieron en Inglaterra en 1170) se obtenían agregando minerales al material en la
fusión: Cobre para obtener verdes y rojos, Hierro para marrones y amarillos, y Cobalto para el azul.
Para fabricar vidrio incoloro, si no se lograban quitar las impurezas, se añadía MnO2 (dióxido de
Manganeso, conocido como jabón de vidriero).
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Los mejores trabajos con vidrios coloreados se realizaron entre 1280 y 1380, perfeccionándose
hasta 1550 y siendo la gloria suprema de las catedrales góticas. Los métodos artesanales no fueron
desplazados rápidamente por la industrialización. El progreso científico permitió obtener vidrio
óptico de calidad, cementando una lente convexa de vidrio de sodio y una cóncava de vidrio de
plomo, alrededor de 1760, lo cual permitió construir grandes telescopios. Batiendo el vidrio de
Plomo en el crisol se lograba distribuir uniformemente el óxido de Plomo para obtener una mezcla
homogénea. En 1832, la firma Chance Brothers de Inglaterra introdujo un sistema para fabricar
láminas de vidrio a partir de cilindros de vidrio soplado, que eran cortados y luego recalentados en
el horno hasta que se podían desenrollar, y posteriormente se colocaban sobre un cuero mojado
para darles mejor terminación. En 1789 comenzó a utilizarse una máquina de vapor de Boulton y
Watt. Las empresas comenzaron a construir hornos con mayor capacidad, debido a la gran
demanda de vidrio por el auge de la construcción. A partir de 1859 se conceden patentes de
máquinas para fabricar botellas. La primera máquina exitosa fue la de Ashley, semiautomática: el
vidrio fundido era recogido manualmente y vertido en un molde, con un émbolo se presionaba el
vidrio para formar el cuello, y con aire comprimido se expandía el vidrio para llenar el molde. El
ahorro era evidente: 5 trabajadores producían 150 botellas por hora, mientras que con la máquina
de Ashley sólo 2 hombres producían 200 botellas por hora. Entre 1884 y 1887 se inventó un
procedimiento de laminado por rodillos, en el cual el vidrio fundido se vertía sobre una plancha
inclinada y luego pasaba entre dos rodillos, para finalmente ser terminado con el pulido. Hasta la
década de 1850 los hornos eran de carbón o hulla y consumían mucho combustible, pero en 1860
se empezó a usar el horno a gas, que producía una temperatura mayor. En general, a fines del
siglo XIX y comienzos del siglo XX, se fabricaban 2 tipos de vidrio: el de sosa, cal y sílice (para
ventanas y botellas), y el de potasa, Plomo y sílice (para servicios de mesa). El primer avance
importante fue el vidrio de Borosilicato, que se fabrica con óxido de Boro y sílice. Su característica
más importante es su bajo coeficiente de dilatación, lo cual permitió su uso en fuentes de horno y
otros objetos que debían calentarse, como tubos de ensayo, matraces, etc. Se conoció
comercialmente con el nombre de Pírex. La fabricación del vidrio estuvo influenciada por los
avances de otras industrias, como la eléctrica (lámparas) y la del automóvil (parabrisas, lunetas
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y ventanillas). Las lámparas eléctricas obligaron al uso del vidrio de potasa‐Plomo, salvo en las de
alta potencia, que debían hacerse con vidrio de Borosilicato. Las lámparas de descarga gaseosa,
surgidas en 1930, se fabricaban con vidrios especiales, que contenían menos sílice y más alúmina y
cal. Después de la primera guerra mundial, la creciente industria del automóvil hizo necesaria la
producción de vidrio plano de mayor calidad. La Ford Motor Company, en colaboración con
Pilkington Brothers de Inglaterra, desarrolló un método de producción continua, que se usó desde
1925, hasta que en 1959 la empresa Pilkington inventó el método de flotación del vidrio. El
método consiste en hacer flotar el vidrio fundido sobre una superficie de estaño fundido, que le da
un fino acabado a la superficie inferior, mientras que la superior se pule a fuego. A continuación el
vidrio pasa a un horno de recocido donde se enfría lentamente y luego se corta a medida. Para
fines especiales se desarrollaron vidrios multilaminados, vidrios armados con malla de alambre, y
vidrios tratados térmicamente, que no se astillan en caso de rotura. En cuanto a los recipientes,
recién en 1904 Owens diseñó una máquina completamente automática, en la cual una cantidad de
vidrio fundido es aspirada por una caña montada sobre un cabezal giratorio. Se impuso
rápidamente, aunque fue superada por máquinas de alimentador, donde el vidrio fundido se
alimentaba por gravedad. En 1932 una botella de 1 litro exigía 700g de vidrio, mientras que en
1940, sólo 500g, debido a la mejora en los procesos de fabricación. Los métodos baratos para
fabricar recipientes permitieron envasar gran cantidad de productos, con el consiguiente beneficio
de higiene (por ejemplo, las botellas esterilizadas para la leche). También se introdujeron
máquinas automáticas para fabricar lámparas eléctricas, que podían fabricar 1.000.00 unidades
por hora empleando un solo obrero. En Argentina, la primera fábrica de vidrio plano, fundada en
el año 1938, fue Vidriería Argentina S.A., más conocida como VASA.
¿Quéeselvidriodesdeunpuntodevistatécnico?
Si nos basamos en la bibliografía clásica y en la introducción e historia antedicha, donde se brindan
datos básicos sobre este material, solo sabemos que está compuesto por sílice o Silicio como uno
de sus componentes principales, junto con algunos fundentes e impurezas y la fusión es otro de
los requisitos para que se forme.
Para intentar definir al vidrio precisaremos dos aspectos principales que tiene este material, uno
es de tipo estructural y otro de tipo dinámico. El aspecto estructural se encuentra relacionado con
la naturaleza caótica (desordenada) del vidrio; esto es la ausencia de una estructura atómica
periódica. El otro aspecto es el dinámico, que se relaciona con su capacidad de “envejecer”: la
transición de un líquido a un vidrio es una trasformación dependiente del tiempo y aún después
de haber alcanzado el estado vítreo (explicado mas adelante), hay procesos de relajación que
modifican su estructura con una lentitud no apta para personas ansiosas.
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La falta de orden molecular es su estructura, plantea la pregunta: El vidrio, ¿es un líquido o un
sólido?. La respuesta conceptual es la siguiente: “La estructura de un vidrio se encuentra
demasiado fría para ser un líquido y demasiado caliente para ser un sólido”
Desde el punto de vista termodinámico, los sólidos cristalinos las moléculas se ordenan en una red
con simetría regular y vibran alrededor de una posición de equilibrio, al calentarlos las vibraciones
se tornan más intensas hasta que al alcanzar su temperatura de fusión (Tf) el cristal colapsa y las
moléculas comienzan a fluir desplazándose entre sí.
La distinción entre el estado sólido y el líquido es neta y se caracteriza por un cambio abrupto
(discontinuidad) en las propiedades termodinámicas del material con la temperatura, tal como se
muestra en la figura:
Nota: Puede que surjan duda para los alumnos de lo que son algunas variables termodinámicas,
como la entalpía (representada como H en el gráfico). Debe tomarse como una variación de la
cantidad de energía que un sistema tiene, o adquiere de su entorno.
La energía del líquido es mayor que la del sólido y, por lo tanto es necesario entregar cierta
cantidad de energía (como dijimos, calor) para que la fusión tenga lugar. Ésta se conoce como
calor de fusión.
La viscosidad en los líquidos aumente cuando desciende la temperatura, esto lo podemos ver en
un ejemplo cotidiano como es el caso de la miel. En algunas condiciones y para determinados
líquidos, este aumento de viscosidad hace que el líquido no cristalice por debajo de su
temperatura de fusión y permanezca como líquido sobreenfriado. Por lo general, este estado
“termodinámicamente inestable” (es decir que no se encuentra estable en el tiempo y tiene un
carácter “dinámico”) no perdura demasiado en el tiempo.
Debajo se intenta describir gráficamente una situación estable e inestable.
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Sin embargo algunos líquidos sobre enfriados pueden permanecer mucho tiempo en ese estado y
si se enfrían más, forman una “jalea” muy espesa y eventualmente un sólido amorfo, es decir, un
vidrio cuyas moléculas se distribuyen desordenadamente pero su energía de cohesión es
suficiente para mantener la rigidez del material que forma.
El pasaje de vidrio a líquido es menos definido que el de líquido a sólido. No hay salto abrupto en
el volumen o en la energía del material, sólo se nota una discontinuidad en la forma en que estas
propiedades cambiar con la temperatura.
La transición de líquido a vidrio o transición vítrea ocurre a una temperatura conocida como
temperatura de transición vítrea (Tg), la que varía con la velocidad de enfriamiento. Cuanto más
lento es el enfriamiento, menor es la temperatura de transición vítrea y más denso el vidrio
formado.
Tanto el vidrio como el líquido sobre enfriado que le da origen son fases metaestables (esto es,
inestable, fuera de su equilibrio) formadas por debajo de la temperatura de fusión y ambos
pueden sufrir una transición espontanea al estado de sólido cristalino, sobre todo en presencia de
impurezas.
Concluyendo, podemos decir, que a nivel molecular en los sólidos cristalinos, las moléculas están
ordenadas en redes periódicas, mientras que en los líquidos las moléculas se encuentran
desordenadas y no rígidamente unidas, mientras que en los vidrios las moléculas están
desordenadas pero rígidamente unidas.
Es importante considerar que uno de los factores fundamentales para la vitrificación es el
tiempo de enfriamiento, el mismo debe ser lo suficientemente rápido para que las moléculas no
tengan tiempo de reordenarse para formar una estructura cristalina.
Existen una gran cantidad de materiales que tienen la capacidad de formar vidrios y no sólo el
clásico vidrio que proviene de la sílice. En cuanto a su definición sobre si es un sólido o un líquido,
podemos inclinarnos por decir que no es ni una cosa ni la otra, sino un estado distinto, el estado
vítreo.
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Cristaloquímicadelvidrio
La diferencia estructural entre los sólidos cristalinos y los vidrios consiste en que, en los primeros,
sus unidades constituyentes (iones, átomos o moléculas) se disponen con una ordenación
geométrica y una periodicidad de largo alcance en las tres direcciones del espacio formando una
red perfectamente definida. Cada red se caracteriza porque dichas unidades guardan siempre
las mismas posiciones relativas y porque, tanto la distancia que existe entre ellas, como los
ángulos que forman las direcciones de su secuencia de colocación son siempre constantes. El
fragmento reticular más pequeño que puede existir conservando todos los elementos de simetría
del cristal recibe el nombre de retículo cristalino ó celdilla elemental. Esta porción unitaria viene
representada por un paralelepípedo, cuyas dimensiones representan los parámetros
estructurales del cristal (no se refiere al cristal como vidrio, sino a la cristalización).
Por su parte los vidrios no cuentan con una ordenación reticular. Sus iones constituyentes se
hallan irregularmente dispuestos formando una estructura más o menos distorsionada, debido a
que, bajo las condiciones de enfriamiento en que tuvo lugar su formación, no pudieron
ordenarse con la regularidad geométrica de un cristal (las unidades no guardan una disposición
regular).
A diferencia de los de los sólidos cristalinos cuyos espectros de difracción de rayos X presentan un
diagrama (Difractograma), constituido por una serie de líneas de interferencia, los espectros de los
vidrios sólo presentan bandas difusas.
Latransiciónvítrea
Como mencionamos anteriormente, la transición de líquido a vidrio no es tan definida como el
pasaje de líquido a cristal. El cambio del volumen con la temperatura se conoce como coeficiente
de expansión térmica, mientras que el cambio de energía con la temperatura se conoce como
capacidad calorífica. Ambas propiedades presentan una discontinuidad cuando el líquido viscoso
se convierte en vidrio.
La transición de líquido sobreenfriado a solido amorfo o vítreo, no es una transición
termodinámica o de equilibrio, sino que puede describirse como una transición dinámica, siendo
Tg una temperatura que depende, en alguna medida, de la velocidad de enfriamiento. Como
mencionamos previamente, la Tg varía con la velocidad de enfriamiento.
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Comparación del comportamiento del volumen especifico con la temperatura de materiales
cristalinos y no cristalinos. Los materiales cristalinos solidifican a la temperatura de fusión Tm. La
temperatura de transición vítrea, Tg, es una característica del estado no cristalino.
Composiciónyestructura
Los vidrios convencionales pueden ser de óxido de Silicio (sílice) puro, pero su temperatura de
transición vítrea es cercana a los 1200˚C lo que hace muy difícil su moldeo para fabricar paneles y
botellas. Por esa razón los vidrios que conocemos tienen una composición química relativamente
compleja, con contenidos variables de otros óxidos, como se lista a continuación:
Composición de algunos vidrios comerciales expresada en % en masa
Compuesto Fórmula Soda Borosilicato Aluminosilicato Plomo‐borato
Sílice SiO2 73 81 62 56
Alúmina Al2O3 1 2 17 2
Óxido de Calcio CaO 5 ‐ 8 ‐
Óxido de Magnesio MgO 4 ‐ 7 ‐
Óxido de Sodio Na2O 17 4 1 4
Óxido de Potasio K2O ‐ ‐ ‐ 9
Óxido Bórico B2O3 ‐ 13 5 ‐
Óxido de Plomo PbO ‐ ‐ ‐ 29
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ResistenciaMecánica
Cuando un sólido se somete a una tensión mecánica creciente, llega un momento en que falla
experimentando una deformación permanente si es plástico, o sufriendo fractura si es frágil. El
vidrio es un material frágil a la temperatura ambiente, es decir, la fractura se produce sin una
deformación plástica previa. Dicha fractura se inicia normalmente en un punto de la superficie
sometido a una tensión extensiva.
Es un hecho conocido desde hace muchos años que la resistencia a la fractura de las muestras de
vidrio depende del estado de la superficie, clase y duración de la carga aplicada y de la atmósfera
circundante. Cualquier deterioro de la superficie, tanto mecánico como químico, tiene gran
influencia sobre las propiedades mecánicas del vidrio
La resistencia mecánica del vidrio ha sido calculada por varios autores, los cuales obtienen valores
del orden de 3 X 109 Kg/m2 Ahora bien, los resultados experimentales, que ofrecen una gran
dispersión de valores, dan cifras de 10 a 100 veces inferiores. La explicación de esta discrepancia
fue sugerida por Griffith, quien estableció las condiciones críticas necesarias para la propagación
espontánea de grietas en los materiales frágiles.
La teoría de Griffith establece que este tipo de materiales falla bajo tensiones teóricamente bajas,
porque contienen diminutas fisuras que los debilitan. Estas fisuras, conocidas como "grietas de
Griffith", producen localmente elevadas concentraciones de la tensión mecánica aplicada.
AlgunostiposdeVidrio
VidriosdeAluminosilicatos
La corteza terrestre está formada mayoritariamente por aluminosilicatos como la obsidiana. Otros
aluminosilicatos se utilizan como intercambiadores de iones o para vidrios cerámicos cuando
contienen sales alcalinas y para fibras de vidrio cuando incluyen materiales alcalino‐térreos.
La alúmina es un óxido intermediario y el Aluminio (Al+3) reemplaza al Silicio en los sitios de la red.
Cada unión Silicio‐Oxigeno‐Aluminio tiene una carga negativa que es balanceada por iones
alcalinos (R+) o alcalinotérreos, como se puede ver en la ecuación:
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El agregado de Al2O3 aumenta la conectividad de un vidrio modificado con iones alcalinos
reemplazando oxígenos no ligantes con uniones Al‐O‐Si entrecruzadas. Esto lleva a un aumento de
la viscosidad y del módulo elástico.
El vidrio Pirex usado en el laboratorio químico y en fuentes y otros utensilios de cocina está
basado por lo general en aluminosilicatos y borosilicatos, que soportan mejor el calentamiento y
tienen temperaturas de transición vítrea más elevadas que el vidrio común.
Cristalería:VidriosconÓxidodePlomo
Si el lector llegó hasta este punto del apunte y prestó atención, es probable que se pregunte si los
vasos de cristal no están hechos de vidrio, ya que por su nombre, deberían ser un sólido
organizado (cristal) en lugar de un no ordenado (estado vítreo). Sin embargo, la palabra “cristal” se
utiliza para designar un tipo de vidrio de base Silicato y que contiene Plomo (Pb).
El contenido de Plomo que debe tener un vidrio para ser considerado un cristal varía según el país.
En Europa un vidrio con más de 10% de Plomo se define como cristal y los que tienen más del 30 %
de ese elemento se clasifican como cristales de alto Plomo. En Estados Unidos, en cambio, un
vidrio se define como cristal si tiene el 1% de Plomo. En Republica checa, donde se fabrican los
cristales de mayor calidad, éstos deben contener más del 24% de Plomo.
La presencia de Plomo baja la temperatura de transición vítrea, ablanda el vidrio y permite su
tallado y grabado. Por supuesto que el Pb también aumenta la densidad del vidrio y, lo más
importante, produce la difracción de la luz, lo que mejora notablemente su apariencia y explica
su uso, por ejemplo, en lámparas y candelabros.
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VidriosCerámicos
Además de los silicatos, pueden formar vidrios muchos otros sistemas inorgánicos o cerámicos.
Entre los más comunes se encuentran los boratos, germanatos (Oxidos de Germanio) y fosfatos,
aunque también forman vidrios los teluratos (Oxidos de Telurio), aluminatos (Oxidos de Aluminio),
vanadatos (Óxidos de Vanadio), carbonatos, As2O3, Sb2O3, Bi2O3, MoO3, WO3, fluoruros y sulfuros.
Por otra parte, existen numerosos cerámicos que no forman vidrios al enfriarlos rápidamente,
entre los cuales podemos incluir a los titanatos(óxidos de Titanio), zirconatos (óxidos de Zirconio),
y tugnstatos (óxidos de Wolframio).
Los vidrios cerámicos son materiales formados por nucleación, cristalización controlada de vidrios,
que da lugar al material que consiste en una fase cristalina en, al menos, una fase vítrea.
La figura a continuación esquematiza el proceso de formación de un vidrio cerámico, con las
etapas de nucleación, crecimiento de los cristales sobre los núcleos y formación de la
microestructura vítreo‐cerámica.
Proceso de fabricación de vidrio cerámico
El inventor de los vidrios cerámicos fue S.D. Stookey hace medio siglo, cuando estaba tratando de
precipitar partículas de Plata en un vidrio para lograr imágenes fotográficas permanentes. Para
ello trabajaba con vidrios de silicato de Litio que eran expuestos a la luz ultravioleta y luego
calentados por encima de su Tg (alrededor de 450°C) para formar las partículas de Plata. Por
accidente, como suceden muchas veces los descubrimientos, el recipiente se calentó hasta 850°C y
se formó un material cerámico que tenía una dureza similar a la de un metal.
Luego probó seguir el mismo procedimiento utilizando Titanio en un vidrio de aluminosilicato y
desarrolló un vidrio cerámico con una notable tenacidad y resistencia al shock térmico. Un par de
años después, este material sería usado para la construcción de narices de los cohetes y utensilios
de cocina conocidos como Corningware.
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La presencia de un proceso de nucleación es clave para evitar la desvitrificación durante la
fabricación de un vidrio cerámico. Por otra parte, la microestructura con muchos bordes de grano
actúa como una barrera para la propagación de fracturas.
Otros vidrios cerámicos transparentes se de SiO2‐Al2O3‐Li2O se utilizan como filtros de color en las
pantallas de computadoras portátiles. Otras aplicaciones son las ópticas tales como espejos para
telescopios, materiales luminiscentes y conectores ópticos.
Por su biocompatibilidad las aplicaciones en medicina se extienden a implantes: vertebras, partes
del oído y dentaduras.
PolímerosCristalinosyamorfos
No existen polímeros cristalinos, sino semicristalinos en donde las estructuras ordenadas pueden
llegar a ocupar como máximo hasta un 50 % del volumen total de la muestra.
Son polímeros que no alcanzan grados de cristalinidad altos y que presentan velocidades de
cristalización suficientemente lentas que permiten obtener material amorfo al enfriar de forma
rápida al compuesto.
Esquema de las tres macro formaciones que originan la estructura del polímero semicristalino
Por debajo de Tg, las cadenas se hallan con una movilidad muy restringida. En esta situación el
material se encuentra en un estado vítreo, con una rigidez que aunque no impide la vibración
molecular sí restringe considerablemente los movimientos de las cadenas que tienen tendencia a
cambiar de posición y alcanzar una situación de equilibrio cristalino.
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Elaguavítrea
Estamos tan acostumbrados a convivir con cristales de hielo que la denominación agua vítrea
puede parecer extraña. Sin embargo el agua vítrea es la forma más abundante de agua en el
universo.
La razón es que es fácil formar agua amorfa en las condiciones de baja temperatura y densidad de
agua imperantes en el cosmos y hay abundante literatura sobre su comportamiento en cometas,
dado que algunos de ellos están formados por agua amorfa.
A temperaturas menores que su temperatura de fusión el agua puede sobreenfriarse y presentar
varias estructuras amorfas o vítreas. Como estos estados no son termodinámicamente estables no
se encuentran en nuestro planeta sino en el polvo interestelar y en la cola de las cometas donde
se forma por depósito, molécula por molécula, sobre la superficie fría, un procedimiento que se
utiliza en el laboratorio para obtener agua vítrea.
Vidriosinorgánicosnaturalesynotannaturales
Muchos vidrios inorgánicos son naturales, como la obsidiana que es de origen volcánico y resulta
del enfriamiento de masas fundidas de minerales arrojadas por los volcanes.
Más extraño es el reciente hallazgo de vidrios formados por el impacto de meteoritos sobre la
superficie terrestre. En 2001 se encontró material vítreo en el desierto de Libia y recientemente
científicos de Canadá y EE.UU. han demostrado que el material conocido como vidrio de Dakhleh
en el desierto occidental de Egipto fue resultado de un impacto de un meteorito hace entre
100.000 y 200.000 años, sobre rocas con un alto contenido de CaO (25%) y Al2O3 (18%). Como
durante ese periodo esta región era habitada por arcaicos Homo Sapiens y los primeros humanos
modernos, es probable que hayan sido testigos de ese evento catastrófico que generó esos
vidrios.
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TratamientosdelVidrio
TempladoBásicamente hay dos métodos para templar un vidrio: química y térmicamente, aunque el de
uso más habitual es el segundo.
TempladoQuímico
El templado químico consiste en sumergir el vidrio en una solución salina, a temperatura
elevada y con alta concentración de iones de Potasio. Estos iones reaccionan con los iones de
Sodio propios del vidrio y toman su lugar; y como son más grandes en volumen provocan un
estado de compresión en las capas superficiales del vidrio. La profundidad de vidrio afectado es
bastante baja, por lo que se recomienda el uso de vidrios delgados para garantizar un templado
homogéneo. La capacidad resistente aumenta 20 veces con respecto al vidrio convencional,
llegando a admitirse una tensión de tracción sin rotura de hasta 100.000 N/cm2.
En caso de rotura el vidrio no se deshace, sino que se parte como el vidrio ordinario aunque
después de soportar mucho mayor esfuerzo. Es posible cortarlo y manufacturarlo tras el
templado, ya que el corte no produce ninguna tensión. En estas zonas modificadas el vidrio no
quedará templado sobre un ancho de unos 20 mm.
Los vidrios templados químicamente no se utilizan habitualmente en construcción, están
recomendados en laboratorios donde se exige una gran capacidad mecánica al vidrio, pero no se
puede colocar el templado térmico debido a la característica de que al fracturarse lo hace en
pedazos diminutos de entre 0,5 y 2 cm2 que podrían saltar hasta las probetas de investigación
TempladoTérmico
El principio del templado térmico consiste en recalentar los vidrios ya cortados, tratados con
capas especiales o esmaltados, si es el caso, hasta una temperatura aproximada a los 700°C en
un horno industrial. Inmediatamente son enfriados bruscamente por medio de aire soplado, con
lo que las superficies exteriores se contraen, solicitándolas a compresión. El corazón del vidrio
mantiene una alta temperatura y tiende a enfriarse más lentamente.
El temple consigue comprimir de forma permanente las dos caras del vidrio, a la vez que tracciona
el interior. Pretensa el vidrio, de manera que se crea un sistema de tensiones que aumentan la
resistencia mecánica del producto acabado. En el proceso, las tensiones de compresión de ambas
caras del vidrio se compensan con las de tracción que aparecen en el interior y estas tensiones
prevalecen y confieren un estado de pretensado que hace al vidrio más resistente.
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La tensión máxima de rotura cuadriplica la del vidrio sin templar llegando a resistir 20.000 N/cm2;
pero el propio proceso de temple no permite un control absoluto de la uniformidad de la
temperatura, por lo que la tensión de cálculo ronda los 5.000 N/cm2.
Rotura de Vidrio Templado Térmicamente
VidrioLaminadoEstá compuesto por dos o más hojas de vidrio unidas entre sí por una lámina de PVB (Polivinil
Butiral), mediante un proceso de calor y presión. Ante la rotura, los trozos de vidrio quedan
adheridos a la lámina de PVB, presentando gran resistencia al traspaso, evitando que las
personas se lastimen. Los parabrisas o los vidrios antirrobo y antibalas pertenecen a este tipo de
vidrio, encontrándose, por ejemplo, el denominado comercialmente Blindex.
Provee una buena aislación acústica y filtra hasta el 99% de la radiación ultravioleta (UV)
incidente.
U.T.N. – F.R.L.P. – QUÍMICA APLICADA – INGENIERÍA MECÁNICA –Año 2014‐Rev. 1 Hoja 18
VidrioArmado
El vidrio armado (fabricado por primera vez en 1886 por el alemán August F. Siemens) es un vidrio
que se obtiene por el proceso de colado y luego se le incrusta en su interior una malla metálica, de
manera que, si se rompe, los pedazos de vidrio quedan unidos al alambre. Esto hace que sea apto
para zonas donde se necesita una seguridad adicional, aunque no se trata de un vidrio antirrobos.
Sin embargo, se desaconseja este tipo de vidrio si se expone a temperaturas extremas. Esto es
debido a que la diferencia de comportamiento ante el calor o el frío es diferente en el vidrio y el
metal, dando lugar a tensiones provocadas por la dilatación de ambos materiales que provocan la
ruptura del vidrio.
¿Fluyeelvidrioeneltiempo?
Uno de los mitos más difundidos acerca de los vidrios comunes es que en las antiguas catedrales
los vidrios son más anchos en la base que en la parte superior y que esto es consecuencia del
flujo del vidrio hacia abajo, por efecto de su propio peso, actuando durante siglos.
Esto es FALSO. En la época medieval los paneles de vidrio eran fabricados por un proceso llamado
vidrio Crown en el que una masa de vidrio fundido era enrollada, soplada, aplanada y finalmente
vertida en un disco (o estirada por fuerza centrífuga, como vemos en la próxima imagen) antes de
ser cortada en paneles. Los paneles eran más gruesos en los bordes del disco y eran comúnmente
instalados con la parte más pesada hacia abajo.
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Otras evidencias en contra del mito del flujo es que los lentes de los telescopios mantienen sus
propiedades ópticas después de 150 años y estas son extremadamente sensibles al cambio de
curvatura o espesor. Sin embargo debe considerarse que el vidrio óptico no tiene la misma
composición que los vidrios de ventana o botella. Se basan en vidrio de borosilicato o de soda‐lime
con agregados de otros óxidos metálicos que mejoran sus propiedades térmicas y ópticas. Se
puede decir que al menos este tipo de vidrio no fluye.
Otra evidencia la constituye el hecho de que las cabezas de flecha hechas con vidrio natural
obsidiana muestran bordes afilados después de decenas de miles de años, pero también es un
vidrio de sílice y silicoaluminatos que es mucho más rígido que el vidrio de ventana.
Los vidrios de las antiguas catedrales se hacían de silicatos a los que se les agregaba soda, limo y a
veces potasa. Además contenían impurezas que los hacían más blandos que los vidrios modernos.
Las piezas de vidrio más antiguas que se conservan son la vasija romana llamada de Portland que
data del siglo 1 A.C. que actualmente forma parte de la colección del Museo Británico que no
presenta signos de haber fluido después de 20 siglos.