Il
vetro si presenta come una sostanza amorfa, solido alla temperatura
ordinaria, trasparente od opaco, insolubile all'acqua, resistente
all'azione di molti acidi e fusibile ad una certa temperatura. Da
un punto di vista scientifico il vetro può essere definito come
il prodotto di una fusione di materiali inorganici che si raffreddano
senza che avvenga un processo di
cristallizzazione.
La struttura chimica è la disposizione degli atomi o degli ioni
a una distanza di qualche angstrom.
Le caratteristiche strutturali sono le stesse in un vetro e in un cristallo
, ma mentre nei cristalli l'ordine degli atomi è
regolare nel vetro è irregolare.
Configurazione
L'elemento di base della composizione del vetro è la silice:
SiO2.
La struttura è determinata dalla valenza dei costituenti e dalla
loro grandezza:
Si = (+4) Raggio ionico = 0,039 0 = (-2) Raggio ionico = 0,132
La configurazione geometrica della molecola è in funzione del rapporto
dei raggi ionici del catione e dell'anione, cioé: R catione / R
anione = R Si / R O = 0,039 / 0,132 = 0,030. Al valore 0,30, corrisponde
una disposizione tetraedrica, in cui la distanza Si - O = 1,6 Angstrom
e O - O = 2,6 Angstrom.
Gli
atomi di ossigeno sono disposti in una configurazione tetraedica
intorno all'atomo di silicio. Poichè l'atomo di silicio è
tetravalente e quello di ossigeno bivalente, ciascuno degli atomi
di ossigeno che si trova al vertice di un tetraedro, manterrà
una valenza libera, con la quale i singoli tetraedri potranno legarsi
tra loro mediante i vertici, in modo tale che ogni atomo di ossigeno
viene ad essere comune a due tetraedri vicini ottenendo un reticolato
tridimensionale; il rapporto tra atomi di silicio e atomi di ossigeno
viene ad essere così di 1:2, come vuole la formula di SiO2.
Componenti
Il
vetro è una miscela di silice che è l'ossido più importante,
combinato con ossidi di sodio o di potassio, detti fondenti, con
silicati di altre basi come calce, barite, allumina ed altre, detti
anche stabilizzanti e con ossidi metallici vari, che hanno una funzione
di affinanti, coloranti ed opacizzanti. La silice fusa e raffreddata
dà un vetro di silice pura, ma occorre per la fusione una
temperatura così alta (più di 1700°) e il prodotto ottenuto è così
difficile da lavorare che vengono aggiunti gli altri ossidi per
abbassarne il punto di fusione. Questi componenti però diminuiscono
la durabilità chimica del vetro. La giusta quantità dei componenti
è perciò importante; ad esempio una quantità eccessiva di
soda fa sì che il vetro venga facilmente corroso, perfino dall'acqua;
con troppo calcio il vetro ha tendenza a devetrificare cioé a diventare
opaco, duro e con struttura cristallina e diventa suscettibile alla
corrosione. Per questo motivo vengono aggiunti nella miscela gli
stabilizzanti come il ferro e l'allumina.
COMPONENTI DEI VETRI
SABBIA SILICEA
-
pura 99,7% vetro per ottica
- meno pura 95% vetro comune
FONDENTI
-
ossidi alcalini es.: di sodio
STABILIZZANTI
-
ossidi alcalino-terrosi es.: di calcio
AFFINANTI
-
nitrati di sodio, di potassio, di ammonio
- triossido di diarsenio
COLORANTI
-
vedi tavola successiva
OPACIZZANTI
-
vedi tavola successiva
Sostanze
coloranti
L'introduzione
di particolari compositi metallici, sciolti o dispersi nella massa
vetrosa allo stato colloidale, conferisce al vetro capacità di assorbimento
selettivo delle radiazioni luminose, e quindi colore.
PRINCIPALI COLORANTI DEI VETRI
BLU-VERDE
-
ossido ferroso
- ossido rameico
VERDE
BOTTIGLIA
-
ossido ferrico
BLU
INTENSO
-
ossido di cobalto
ROSSO-VIOLA
-
ossido rameoso
ROSSO-ARANCIO
-
selenio e cadmio colloidali
ROSSO
RUBINO
-
oro come tricloruro
ROSA-PORPORA
-
oro e stagno colloidali
BRUNO
-
cobalto, selenio, ferro
GRIGIO
-
cobalto, selenio, ferro, cromo
BIANCO
-
fosfati o cloruri di sodio o di calcio
OPALINE
-
ossido di stagno o talco
Per quanto riguarda la conoscenza delle tecniche di colorazione
dei vetri antichi, oggi abbiamo un quadro ancora molto confuso,
in quanto la composizione dei vetri è molto più complessa di quelli
moderni.
La
colorazione comunque dipende non solamente dall'introduzione
di uno specifico ossido metallico, ma anche dalla temperatura
e dallo stato di ossidazione o riduzione che si raggiunge
nel forno.
Devetrificazione
Si
chiama devetrificazione la presenza di cristalli agglomerati in
massa più o meno compatta, isolati gli uni dagli altri nel vetro
trasparente. La devetrificazione non è un'alterazione, né
della natura, né della proporzione delle materie che formano il
vetro, è un semplice cambiamento dello stato fisico corrispondente
ad un riarrangiamento degli atomi già presenti nel vetro, senza
la sottrazione o l'aggiunta di qualche altro atomo. I prodotti formati
sono cristallini e danno degli schemi caratteristici nella diffrazione
dei raggi X. Non bisogna confondere la devetrificazione e il
crizzling in cui la alterazione della massa vetrosa
è dovuta al risultato di una reazione chimica tra il vetro e ciò
che lo circonda, per cui cui il reticolato siliceo rimane privo
di alcuni elementi costituenti.
