Vetro e vetri

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Vetro e vetri

IL VETRO E I VETRI

LO STATO VETROSO
Esistono in natura materiali che, per la loro origine (ad es. rocce vulcaniche che si sono raffreddate molto velocemente come l'ossidiana) pur apparendo solidi, non hanno la struttura cristallina regolare tipica dei veri solidi (cioè dei cristalli), e sono perciò dette amorfi (che dal greco significa prive di forma). La silice (biossido di silicio, SiO2), ad es. una volta fusa, se viene raffreddata solidifica mantenendo la struttura non regolare, amorfa appunto, tipica dello stato liquido. Si dice che il materiale è nello stato di soprafusione. Il vetro non è quindi un vero solido, ma piuttosto un liquido ad altissima viscosità (cioè che scorre lentissimamente). Infatti un vetro, in condizioni opportune, può essere deformato grazie alla possibilità che esso ha di scorrere come un liquido. Su tempi lunghissimi (secoli o millenni) il vetro tende però a cristallizzare, perdendo le sue caratteristiche e divenendo opaco.

CARATTERISTICHE DEI VETRI
Il vetro è un materiale duro, elastico (pensiamo alle biglie di vetro!) ma fragile, inattaccabile dall’acqua e dagli acidi, fatta eccezione per l’acido fluoridrico (HF) che lo scioglie, trasformando la silice SiO2 in un gas (SiF4). Resiste meno bene agli alcali (o basi) in soluzione, specie se concentrati (es. soda caustica, calce…). Il vetro non sopporta gli sbalzi di temperatura, per le tensioni che si vengono a creare al suo interno tra le zone a diversa temperatura, a meno che non si tratti di vetri speciali (vetro Pyrex o al borosilicato, adatto a realizzare pirofile, vetreria da laboratorio come provette, becher, beute ecc.).
Il vetro è un materiale incolore (in piccoli spessori) e trasparente: si lascia attraversare dalla radiazione visibile (lunghezze d’onda da 800 a 400 nm), oltre che da quella ultravioletta (UV) fino a lunghezze d’onda di 300 nm e da quella infrarossa (IR) fino a 2 µ. Per questo motivo è usato per realizzare lastre di finestre, porte a vetri ecc., oltre che per la costruzione di lenti (occhiali, obiettivi ecc.).
Il vetro è anche un buon isolante termico (in forma ad es. di lana di vetro).

PRODUZIONE DEL VETRO
Le materie prime per la produzione del vetro sono:

vetrificanti: sabbia silicea, a cui può venire aggiunta anidride borica B2O3, per il vetro al borosilicato;
fondenti: soda (carbonato di sodio Na2CO3), potassa (carbonato di potassio K2CO3) o solfato di sodio (Na2SO4);

stabilizzanti: ossido o carbonato di calcio (alla temperatura di fusione anche il carbonato si trasforma in ossido) e ossido di piombo (nei cosiddetti cristalli), per migliorare la resistenza chimica del vetro o le sue caratteristiche di brillantezza. In casi particolari nella composizione possono entrare anche ossidi di bario, di zinco e di alluminio;

affinanti (sostanze che durante la lavorazione facilitano l’eliminazione dei gas e delle altre impurezze dalla massa di vetro fuso), come l’anidride arseniosa As2O3, il nitrato di potassio KNO3, il solfato di sodio, il fluoruro di calcio CaF2;
sostanze accessorie: coloranti, sbiancanti, opacizzanti.

La fabbricazione del vetro prevede le seguenti fasi:

Preparazione della pasta, fusione in appositi forni, affinazione.
Lavorazione della pasta per a) soffiatura, b) colata, c) laminazione, d) stiratura
Ricottura
Molatura, spianatura, lucidatura.

Le materie prime in polvere vengono mescolate; la miscela viene portata poi a fusione in forni speciali (in genere a riverbero), alla temperatura di 1200-1400 °C. Per l’affinazione il vetro viene mantenuto per 3-6 ore ad una temperatura di circa 100 °C superiore a quella di fusione, aggiungendo ad esso gli affinanti.
La lavorazione per soffiatura serve per ottenere oggetti cavi. Un tempo eseguita sempre a mano, oggi viene normalmente eseguita con apposite macchine, e la lavorazione a mano è riservata ad oggetti artistici (es. soffiatori di Murano). Per colata si possono ottenere oggetti pieni, versando la massa fusa in stampi. Per laminazione si ottengono lastre, facendo passare la pasta di vetro ancora molle tra coppie di cilindri via via più piccoli, vicini e veloci, che ne spianano la superficie e ne regolano lo spessore. La stiratura, che serve sempre ad ottenere lastre piane, può essere effettuata in vari modi, ad es. preparando cilindri di vetro, che vengono poi tagliati lungo una generatrice e spianati.
La ricottura serve a portare il vetro, che dopo la lavorazione si trova ancora a circa 600 °C, a temperatura ambiente in modo lento, evitando così l’insorgere di tensioni interne. Ciò si realizza in lunghi forni a tunnel, all’interno dei quali la temperatura decresce lentamente.
La molatura, la spianatura e la lucidatura sono operazioni che si effettuano sulle lastre e sui bordi degli oggetti lavorati, per perfezionare la spianatura delle superfici ed eliminarne i bordi taglienti.

CLASSIFICAZIONE DEI VETRI

Vetro comune. È il tipico vetro a base di silicati di calcio e sodio. È duro e poco fusibile. Spesso, come nel caso delle bottiglie, è colorato in verde o in bruno con l’aggiunta di ossidi di ferro e di alluminio.
Mezzo cristallo. Detto anche vetro di Boemia, è a base di silicati di calcio e di potassio. Più duro e brillante del vetro comune, è usato per preparare oggetti ornamentali e apparecchi scientifici.
Cristallo. Contiene un’elevata percentuale di ossido di piombo, che lo rende pesante, duro, brillante e sonoro alla percussione. È usato per la fabbricazione di oggetti artistici e ornamentali, servizi da tavola di pregio, specchi.

Vetri speciali

Specchi. Si preparano facendo precipitare un sottile strato di argento metallico su lastre perfettamente piane e levigate. L’argento riflette la luce, tendendo così speculare una delle due superfici.
Vetri di sicurezza. Sono vetri temprati, cioè sottoposti a un rapido raffreddamento mediante correnti d’aria fredda sulle due facce. In questo modo si creano delle forti tensioni interne, così che il materiale assume una notevole durezza, unita ad un’accentuata fragilità. Se colpito, si rompe in minutissimi pezzi, non molto taglienti, molto meno pericolosi dei frantumi di un vetro normale. Sono realizzati così i finestrini e i parabrezza delle auto. Un altro tipo di vetro di sicurezza è quello in cui due lastre sono incollate con un collante trasparente, che trattiene i frammenti in caso di rottura. Simili a questi sono i vetri cosiddetti antisfondamento, vetri stratificati formati da due lastre tra le quali è interposto, incollato, un foglio di materiale plastico. Se le lastre sono più di due, di spessore consistente (3-10 mm, per uno spessore totale di 20-25 mm) si ottengono i vetri blindati a prova di proiettile.
Vetri armati. Sono lastre di vetro che contengono una sottile rete metallica , inserita durante la laminazione. In caso di rottura, la rete trattiene i frammenti della lastra.
Vetri resistenti al calore. Sono vetri al borosilicato, ottenuti, come già detto, aggiungendo all’impasto anidride borica o acido borico. Hanno i nomi commerciali di Pyrex, Jena, Ignis ecc.
Vetri smerigliati. Si ottengono mediante l’azione di abrasivi sulla superficie del vetro, o grazie all’acido fluoridrico.
Fibra di vetro. Si ottiene facendo cadere il vetro fuso su un disco rotante ad alta velocità, all’interno di un grande cilindro in cui, dal basso, risale aria fredda. Il vetro solidifica in fili sottili, che formano la lana di vetro. Essa si può presentare come un feltro o un tessuto. È usata sia come isolante termico e acustico nelle costruzione, in pannelli di alcuni cm di spessore, sia come materiale per realizzare serbatoi, scafi, parti di carrozzerie, unitamente a resine plastiche, di solito del tipo poliestere (vetroresina).

Altre notizie, immagini e dettagli sulla produzione e sulla lavorazione del vetro possono essere trovati in molti siti web, ad esempio qui:

http://andarishiva.altervista.org/pag2.html

Fonte: http://www.itiscopernicofe.it/itis/didattic/matdid/2A/I_vetri.doc

Sito web da visitare: http://www.itiscopernicofe.it/

Autore del testo: non indicato nel documento di origine

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