Il vetro è solido o liquido? Hai mai sentito questa domanda? Questa domanda ha lasciato perplessi le persone per molto tempo. I primi studi sulla struttura e la definizione del vetro furono effettuati nel 1830 e da allora molti concetti sono stati cambiati man mano che la scienza e la tecnologia si sviluppavano.
All'inizio, probabilmente la prima risposta che verrebbe in mente sarebbe che il vetro è solido. Tuttavia, i dubbi iniziano a sorgere quando ci imbattiamo nel suo processo di fabbricazione. Capiamo un po' di più su questo?
Esistono diversi metodi di produzione del vetro, come la deposizione chimica da vapore, la pirolisi, l'irradiazione di neutroni, il processo sol-gel, tra gli altri. Il procedimento più utilizzato oggi è il metodo classico di fusione/raffreddamento.
Come suggerisce il nome, in questo processo, una miscela di sostanze in polvere viene portata in un forno, a una temperatura di circa 1500ºC. In questo forno l'impasto fonde (passa da solido a liquido) e forma una massa pastosa con una viscosità simile a quella del miele. Questo vetro viene poi tolto dal forno di fusione e modellato mentre si raffredda, raggiungendo la struttura rigida che conosciamo.
Fasi di produzione del vetro fatto a mano
Generalmente le sostanze utilizzate nella miscela di vetro come materie prime per la preparazione del vetro, sono le silice o biossido di silicio (SiO2 ), che è presente nella sabbia, ma nelle fabbriche è consuetudine utilizzare un'altra forma cristallina di biossido di silicio, che è il quarzo; Il soda o soda (carbonato di sodio - Na2CO3) è il calcare (carbonato di calcio - CaCO3). Questi tre materiali vengono frantumati e trasformati in polvere, quindi mescolati nella giusta proporzione.
La massa formata con la fusione è costituito da silicati di sodio e calcio:
cenere + calcare + sabbia → vetro comune + anidride carbonica
A2CO3 + CaCO3 + SiO2 → silicati di sodio e calcio + anidride carbonica
x In2CO3 + e CaCO3 + z SiO2 → (A2o)X . (CaCO)si. (SiO2)z+ (x + y) CO2
Nelle industrie, è comune aggiungere alla miscela del vetro rotto, che è un mezzo per riciclaggio del vetro.
Sebbene qui siano menzionate solo sostanze inorganiche, ci sono anche occhiali realizzati con materiali organici e metallici.
Nell'analizzare questo processo, qualcuno potrebbe pensare che il vetro sia liquido, in quanto esce come un liquido omogeneo dopo la fusione in forno. Tuttavia, il vetro non è classificato né come liquido né solo come solido, ma come solido non cristallino. Come questo???
Per capire, confrontiamo gli occhiali con i cristalli. Questi, in generale, sono solidi cristallini, cioè presentano una struttura la cui disposizione degli atomi è periodica e simmetrica.
Rappresentazione illustrativa di un solido cristallino con disposizione cristallina simmetrica e periodica
Il vetro, invece, non ha una disposizione atomica con simmetria e periodicità traslazionale, ma è formato da una rete tridimensionale estesa e casuale, come mostrato nella figura seguente:
Rappresentazione illustrativa della rete di vetro (solido non cristallino) dove è caratterizzata l'assenza di simmetria e periodicità
Sulla base di questo, alcuni sostengono che il vetro sia un solido amorfo. Tuttavia, sebbene i solidi amorfi siano anche solidi non cristallini, sono diversi dai vetri. Mentre i vetri hanno una transizione vetrosa, i solidi amorfi non hanno questo fenomeno.
Quindi, possiamo definire i vetri come solidi non cristallini che hanno una transizione vetrosa. Ma cos'è un? transizione vetrosa?
Quando il vetro fuso viene raffreddato, ci vuole un po' di tempo perché le unità di formatura si orientino in modo che si organizzino e formino così il cristallo. Questo fenomeno si verifica in un intervallo di temperatura chiamato transizione vetrosa. Questa è una gamma di temperature che inizia con il rilassamento strutturale, cioè quando iniziano a si verificano cambiamenti in alcune proprietà del materiale, come viscosità, capacità termica ed espansione termico.
Pertanto, la temperatura di transizione vetrosa definisce la transizione dallo stato vetroso allo stato viscoelastico. Questo si riferisce a materiali che, quando applicano una forza, rispondono elasticamente, ma non istantaneamente o permanentemente. Lo stato vitreo corrisponde a un comportamento in cui, quando applichiamo una forza sul materiale, questo non risponde elasticamente - non si deforma - ma assorbe e dissipa energia. Quindi il risultato è che il corpo si rompe.
Quando questo raffreddamento avviene rapidamente (come nel caso del vetro), le unità perdono mobilità prima di essere organizzate e la cristallizzazione non si verifica. Ciò significa che il raffreddamento del vetro avviene ad una temperatura inferiore alla temperatura di transizione vetrosa. Se la temperatura è superiore alla temperatura di transizione vetrosa (che è caratteristica dei vetri), il materiale avrà un comportamento viscoelastico.
di Jennifer Fogaça
Laureato in Chimica
Fonte: Scuola Brasile - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/o-vidro-solido-ou-liquido.htm
