Il vetro è un materiale tipicamente fragile, la cui rottura avviene senza comparsa di fenomeni di deformazione plastica o di snervamento. Le sue proprietà meccaniche, quale la resistenza a trazione, dipendono largamente dallo stato della superficie.

Infatti, la presenza di scalfitture anche microscopiche ne riduce notevolmente le caratteristiche di resistenza. Di solito il carico di rottura a trazione dei vetri è dell’ordine delle decine di N/mm2 (mentre per le fibre di v. sale a ca. 1000 N/mm2).

La resistenza a compressione varia da 500 a 2000 N/mm2; il modulo di elasticità longitudinale da 50.000 a 80.000 N/mm2. Tali proprietà variano con la composizione e in molti casi sono additive e calcolabili in base alla percentuale dei componenti. Così pure la durezza, intesa come resistenza alla scalfittura, è legata al tenore dei componenti (per es., silice) e, a parità di questi, dipende dal rapporto CaO/Na2O.

Il coefficiente di dilatazione dei v. di silice (≃0,8∙10–6 °C–1) è più piccolo di quello di tutti gli altri vetri. La resistenza dei vetri agli sbalzi termici è molto piccola, all’incirca inversamente proporzionale al loro coefficiente di dilatazione. La densità del vetro dipende dalla sua composizione (può variare da ca. 2,2 g/cm3 per i v. di silice a ca. 4,8 g/cm3 per i v. al piombo).

La colorazione dei vetri dipende da sostanze che possono esservi disciolte formando soluzioni vere e proprie o soluzioni colloidali. Ad esempio, gli ossidi di cobalto, di manganese, di ferro ecc, impartiscono il colore, rispettivamente, azzurro, violetto (in ambiente riducente), verde (in ambiente riducente) o giallo-verde in ambiente ossidante. Danno soluzioni colloidali l’ossido rameoso (colore rosso rubino in ambiente riducente), lo zolfo (giallo), l’oro (rosso) ecc. I vetri lattei contengono particelle finissime in sospensione, quali ossido di stagno, di zirconio.

Composizione chimica del vetro: fonte Pilkington

Il principale componente del vetro piano è la sabbia silicea (SiO2). Il suo punto di fusione si situa nell’intorno dei 1700°C e la sua consistenza a questa temperatura è simile a quella del miele liquido. La struttura cristallina del silicio ha la forma di un tetraedro, al cui centro vi è un atomo di silicio, collegato simmetricamente ai quattro vertici di atomi di ossigeno: la formula chimica è quindi SiO4 ed ha una carica negativa.

Raffreddando velocemente la silice fusa, si forma una struttura casuale di tetraedri, uniti tra di loro agli angoli, che dà luogo ad un materiale amorfo, conosciuto come silice vetrosa.

reazione chimica vetro

La fusione del vetro

Per ragioni pratiche ed economiche, il punto di fusione e la viscosità della silice devono essere ridotti per consentire la produzione industriale del vetro.

Le materie prime utilizzate, pertanto, assolvono principalmente a quattro funzioni:

  1. Vetrificanti: sostanze che si trasformano, per semplice azione del calore, dalla forma cristallina alla forma vetrosa, amorfa (silice SiO2; anidride borica B2O3; anidride fosforica P2O5);
  2. Fondenti: consentono la fusione del vetro a temperature realizzabili nei forni industriali, abbassando il punto di fusione da 1700 C° a 1550 C° circa (carbonato di sodio o soda Solvay Na2CO3; carbonato di potassio K2CO3);
  3. Stabilizzanti: rendono il vetro inalterabile e resistente agli agenti atmosferici e chimici (carbonato di calcio CaCO3; dolomite MgCa(CO3)2);
  4. Affinanti: facilitano l’affinaggio del vetro, aiutando la massa di vetro fuso non omogenea e carica di bolle gassose prodotte dalla fusione, a trasformarsi in un fluido chiaro, trasparente e omogeneo (solfato di sodio Na2SO4).

Il vetro è spesso descritto come un liquido ad elevatissima viscosità, privo di un reticolo cristallino regolare e di un punto di fusione preciso. Inoltre non presenta il fenomeno del calore latente di cristallizzazione o di fusione.

composizione chimica vetro

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