VIDRIOSIlse Itzel Ramírez Barbosa

Cecilia Ruiz Alemán

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¿Qué es un vidrio?

Es un sólido inorgánico fundido que se ha enfriado sin experimentar cristalización.

Los vidrios son deformables por al aplicarles calor pero son poco resistentes presiones externas aplicadas.

2 Figura 1. vidrios comerciales de colores.

También…

La comisión de terminología de la Academia Rusa de Ciencias enuncia:

Todos los solidos amorfos obtenidos por enfriamiento de una masa fundida, cualquiera que sea su composición química y la zona de temperatura en la que tiene lugar la solidificación.

3Figura 2. Gráfico representativo de la temperatura contra el volumen de un liquido-sólido.

El estado vítreo…

Los vidrios no cristalizan, por lo tanto no presentan un punto de fusión definido.

Pasa de forma reversible del estado líquido un estado rígido.

El liquido de un vidrio pasa de un estado viscoso a un estado rígido sin la aparición de una nueva fase, en un rango pequeño de temperatura .

4Figura 3. Vaciado de una mezcla de sólidos fundidos.

El estado vítreo…

Los iones que componen a los vidrios se encuentran irregularmente distribuidos en el material, debido al proceso de enfriamiento.

Un espectro de difracción de rayos X de un vidrio presenta bandas difusas.

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Estructura química de un vidrio

6Figura 4. Estructura de un vidrio en comparación con la estructura de su materia prima (arena).

Unidad estructural de los vidrios de silicato

La mayoría de los vidrios están compuestos principalmente por silicatos.

Los silicatos son estructuras tetraédricas que se formadas por átomos de oxígeno en los vértices unidos a un átomos de silicio en el centro.

Presentan carga negativa -4.

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Figura 5. Espacio tetraédrico en la conformación del silicato.

El enlace Si-O presenta un carácter covalente significativo y es relativamente fuerte.

Los silicatos se encuentran unidos por sus vértices formando una red dispersa de corto alcance.

Los silicatos se pueden combinar de distintas formas en el espacio, por lo que al vidrio se le atribuyen sus diversas propiedades mecánicas.

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Figura 6. representación covalente del enlace Si-O

La adición de óxidos alcalinos rompe los enlaces Si-O-Si de los silicatos provocando una disminución en la temperatura de reblandecimiento.

Los catones quedan rodeados por los oxígenos de la estructura del vidrio.

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Figura 7. propuesta de una adición de un ion (Na+) al enlace Si-O.

Propiedades de los vidrios

Densidad. No figura entre las principales propiedades del vidrio, ya que para la mayoría de sus aplicaciones su importancia es pequeña.

Muy útil de control de la homogeneidad del vidrio,

10 Figura 8. diferentes hojas de vidrio común con distinto grosor.

Fragilidad. Por su incapacidad para sufrir mínimas deformaciones ni elásticas ni plásticas, el vidrio es uno de los materiales más frágiles que se conocen.

Esta acritud o fragilidad se corrige mediante el recocido, que es un calentamiento seguido de un enfriamiento lento.

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Figura 9. Representación de un vidrio golpeado.

Propiedades de los vidrios

Propiedades térmicas

Es un material mal conductor del calor, lo que explica que salte en pedazos cuando se le calienta parcialmente por el desequilibrio entre las dilataciones.

Propiedades eléctricas.

Conductividad eléctrica.

Dieléctrico de primer orden, adquiriendo múltiples aplicaciones en este aspecto, su conductividad eléctrica es proporcional a la temperatura.

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Propiedades de los vidrios

Materias primas para la fabricación de un vidrio. VITRIFICANTES- sílice.

FUNDENTES- óxido de sodio.

ESTABILIZANTES- óxido de aluminio.

OTROS MATERIALES- agua y vidrio reciclado.

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PROCESO DE ELABORACIÓN DEL VIDRIO

1.- Reacción de los componentes y formación de vidrio.

2.- Disolución del excedente de sílice sin reaccionar.

3.- Afinado y homogeneización.

4.- Reposo y acondicionamiento térmico.

5.- Conformación.

6.- Enfriamiento y recocido.

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Figura 10. Proceso a nivel industrial, fabricación del vidrio.

Vidrios comerciales

Los vidrios comerciales presentan una gran cantidad de componentes como arena de piedra caliza, dolomita, materiales feldespáticos entre otros.

Además estos vidrios están compuesto por vidrio de desecho en una proporción de 15 a 30%.

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Figura 11. dos propuestas a cerca de los vidrios comerciales.

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Tipos de vidriosVidrio Composición Propiedades Aplicaciones

Sílicepura

SiO2 99.5% Baja expansión térmica, buena resistencia química, eléctrica y dieléctrica, alta transmisión espectral

Se utilizantelescopios de los satélites, reflectores de rayos laser

Vidrio de cal y sílice

SiO2 70%Na2O 15%CaO 10%

Presenta baja temperatura de reblandecimiento y propiedades eléctricas

Se utiliza parafabricar objetos prensados y soplados.

Vidrio de borosilicato

SiO2 60-80%B2O3 10-25%Al2O3 1-4%

Presentan baja expansión térmica, temperatura de reblandecimiento baja, buena resistencia química y elevada resistencia diaeléctrica

El vidrio Pyrex se utiliza en la industria química tuberías industriales, termómetros 18

Vidrio de aluminosilicatos

SiO2 5-60 %Al2O3 20-40 %CaO 5-50 %B2O3 0-10 %

Baja expansión térmica, es resistente a sustancias alcalinas y se puede utilizar para trabajar a temperaturas bajas

Se utiliza para trabajar a altas temperaturas y para resistir a las sustancias alcalinas

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Vidrios de colores

Algunas sustancias le dan al vidrio su textura, color y aspecto.

Estas sustancias se encuentran como constituyentes minoritarios.

Componente Color

Óxido de hierro Verde

Óxido de cromo Verde, Azul, café

Sulfito de hierro Amarillo café-rojo

Óxido de níquel Gris verde

Óxido de manganeso

Violeta

Sulfito decadmio

Amarillo

Oro Rubí a rojo

Plata Amarillo

MgO, Na2O… Incoloro

20 Figura 12. demostración de la coloración de los vidrios.

Material Color producido bajo oxidación

Color producido bajo reducción

Sulfuro de cadmio Ninguno amarillo

Selenio Ninguno Rubi

Oxido de cobalto Azul-violeta Azul-violeta

Oxido de cobre Azul-verdoso Azul-verdoso

Oxido de cromo Amarillo-verdoso Verde-esmeralda

Oro Ruby ----

Uranio Amarillo con verde fluorescente

Verde con fluorescente

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Bibliografía:

www6.uniovi.es/usr/fblanco/Tema5.VIDRIO.pdf

Jóse María Fernandez Navarro, “EL VIDRIO” , Consejo Superior de Investigaciones Cientificas Fundacion centro Nacional del Vidrio, segunda edición, Madrid 1991, pág. 667.

David Segal, “Chemical synthesis of advanced ceramicmaterials”, Cambridge University Press, first published1989, Great Britain 1991, pág. 182.

Dr. Fay V. Tooley, “The Handbook of Glass Manufacture”, published by Books for the glass Industry DivisionAshlee Publishing Co, 3ed Edition, Volumen I, pág. 580.

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