Vetro

Il vetro, la materia prima dei miei gioielli.

Oggi voglio iniziare a parlarti del vetro, la materia prima di cui sono fatti i miei gioielli. Il vetro che uso per fare i miei gioielli però di per se non è una materia prima (come ad esempio il legno o il marmo) ma è un composto, formato da altre sostanze.

Il vetro è conosciuto fin dall’antichità, lo conoscevano i Fenici, gli Egizi ed i Romani, e a parte alcuni ritocchi la formula di base è rimasta immutata. Non immaginatevi vetri grossolani o rozzi, già a quei tempi realizzavano oggetti finemente lavorati.

Parlare del vetro richiederebbe mesi, perchè è usato in talmente tanti modi che l’argomento è vastissimo, e passa dall’arte, all’industria, all’ottica, alla medicina, al settore alimentare e molto altro.

Io stessa ne so davvero poco, e scoprire le basi di questo materiale non è semplice perchè se fai una ricerca nel web esce fuori davvero di tutto, da chi ci fa le bottiglie a chi lo usa nell’edilizia.

Quindi oggi, proviamo a parlare del vetro che si usa per fare il Tiffany (e se vuoi sapere perchè si chiama così vai qui)

Prima le basi. Di cosa è fatto il vetro?

Sembra una domanda semplice, come una ricetta per la pizza, ma si sa che ogni pizza ha una sua ricetta, pur avendo degli ingredienti di base più o meno simili. Per il vetro è uguale.

Intanto un po’ terminologia. Tra gli ingredienti del vetro, oltre ai materiali (acqua, sale e farina) servono altre cose. I fondenti, gli stabilizzanti, gli affinanti, i decoloranti e poi i coloranti. Fidatevi, ha senso.

La base del vetro è la silice (SiO2, biossido di silicio) è il più comune formatore del reticolo vetroso ed è quindi la più importante materia prima per la produzione del vetro. È praticamente ovunque visto che costituisce la metà della crosta terrestre, è uno dei componenti principali di rocce e sabbie, ma non è il solo. Difficilmente la troviamo pronta all’uso per fare il vetro.

Per fare il vetro in lastre serve una silice che contenga meno dello 0.1% di ossido di ferro (Fe2O3), ma ad esempio per preparare bicchieri e stoviglie da tavola, o per il vetro artistico la percentuale scende a 0.01%. Non è poco se si pensa che per gli strumenti ottici si usa un vetro che  ne contiene lo 0.001% ossia 10 milligrammi per chilo.

Quindi come si fa? Si usano speciali trattamenti per abbassare le percentuali di ossido di ferro a seconda di quello che si deve realizzare.

Fondenti
Possono essere naturali o più spesso industriali.

Il vetro fonde a temperature davvero altissime, per abbassare la temperatura di fusione del quarzo (circa 1700 °C) si aggiunge un fondente, generalmente l’ossido di sodio. Nella produzione attuale esso viene aggiunto sottoforma di carbonato (soda) o nitrato. La soda ad 800° si decompone e divide in due elementi uno gassoso, l’anidride carbonica ed uno solido, l’ossido di sodio. È lui, che reagisce con la nostra bella silice e trasforma il quarzo in silicati di sodio. La cosa è positiva perchè i silicati di sodio fondono ad una temperatura più bassa.

La stessa cosa fa la potassa o carbonato di potassio (K2CO3), ha un ulteriore pregio, oltre ad abbassare la temperatura di fusione, infatti rallenta la solidificazione. La soda (o potassa) quindi ha la proprietà di allungare l’intervallo di temperature entro il quale il vetro solidifica. Questo tempo è molto utile ed è chiamato intervallo di lavorazione, perchè da a noi il tempo di dare forma al nostro vetro, rende, come si dice in gergo, il vetro più lungo.

Stabilizzanti

Il vetro silico-sodico o silico-potassico non è stabile; basta l’umidità atmosferica per rovinarne la superficie, formando strati biancastri e corrosi. In questo stato mettendoli in acqua si scioglierebbero perfettamente, tanto che sono usati come detersivi per la lavastoviglie (e boh!).

Quindi, per rendere questa massa fluida stabile si sostituisce una parte della soda con sostanze che rendono il reticolo vetroso più forte. Per farlo si usano degli ossidi bivalenti di calcio (CaO), magnesio (MgO), bario (BaO), piombo (PbO) e zinco (ZnO), che per questa loro caratteristica vengono detti stabilizzanti.

Altri ossidi come l’allumina (Al2O3) e l’anidride borica (B2O3) migliorano ulteriormente la stabilità del vetro.

Ma cosa sono questi ossidi?

  • Il carbonato di calcio si trova in natura sotto forma di marmo o calcare. Si decompone, a circa 1000°C in anidride carbonica e ossido che entra a far parte del vetro.
  • La dolomite, carbonato misto di calcio e magnesio, è usata per sostituire, in parte o completamente, il carbonato di calcio.
  • L’allumina (ossido di alluminio) viene aggiunta, generalmente, sotto forma di feldspati alcalini (che sono dei composti di silice, allumina e ossidi di sodio o potassio). Questi minerali sono molto abbondanti nella crosta terrestre e facilmente fusibili. L’allumina migliora la resistenza chimica del vetro, cioè la capacità di non essere modificato da altre sostanse, in più permette di controllare la viscosità del materiale fuso.
  • Il piombo viene aggiunto sotto forma di ossido prodotto industrialmente (minio, Pb3O4 oppure litargirio, PbO). Alte percentuali di piombo abbassano la temperatura di fusione, diminuiscono la durezza del vetro e ne aumentano la brillantezza.
Affinanti

Questa miscela che diventerà vetro però non è ancora completa, anzi questo “fuso” per ora è più che altro un fluido viscoso che ha al suo interno numerose bolle. Avete presente i vari carbonati che si sono formati (vedi sopra) per abbassare la temperatura di fusione? Ecco col calore si sono decomposti e hanno creato gas, oltre a quelli ci possone essere altre bolle formatesi e rimaste intrappolate.

Sia per ragioni estetiche che per rendere più stabile la struttura del vetro è bene toglierle.

A questo punto si aggiungono gli affinanti, che sono dei composti, come gli ossidi di arsenico (As2O5) e di antimonio (Sb2O3) associati a nitrati.

Come agiscono? Questi composti ad alte temperatua, oltre 1200° C, si decompongono liberando bolle di ossigeno. Queste ovviamente nel ribollire del “fuso” tendono a salire (come le bolle nell’acqua per la pasta) e attraversano i vari strati. In questo loro passaggio raccolgono le varie bollicine che incontrano e le portano su. Questa operazione inoltre fa si che il fuso diventi più omogeneo, quasi come se mischiasse ancora meglio i vari elementi. Le bolle poi arrivano in superficie ed escono dal materiale fuso.

Fino all’era industriale era usato quasi esclusivamente il biossido di manganese (MnO2). Nei moderni forni continui l’affinante principale sono solfati associati a piccole quantità di composti riducenti (carbone, loppa d’altoforno, …).

Decoloranti

Hai presente il ferro quando si arrugginisce? O il rame o altri metalli? La ruggine è dovuta all’ossidazione e di solito è di un colore diverso dal materiale iniziale (ferro=marrone, rame=verde, ecc…). E ti è mai capitato di macchiarti con questi metalli? Ecco tieni presente questo concetto, anche se molto generico e semplificato.

Il vetro che abbiamo preparato fino ad ora è già a buon punto, ma non è ancora quello trasparente che si usa per le finestre e nemmeno quello colorato che uso per i miei gioielli.

Anche se abbiamo scelto i materiali più puri ed alcuni sono addirittura creati artificilmente in laboratorio, il nostro fuso non è permettamente pulito. Al momento infatti contiene alcuni elementi come il ferro ed il cromo che, anche in piccole quantità, possono dare una leggera colorazione al nostro vetro.

Occorre inserire un decolorante nella miscela!

In realtà ne basta poco, e chi si occupa di make up forse già può capire dove voglio andare a parare, perchè è un metodo che si usa anche per correggere le discromie.

Si deve aggiungere un altro componente alla miscela: un decolorante.

Non ne serve molto, in realtà basta una piccola quantità per “neutralizzare” l’effetto colorante di questi componenti. Esistono due sistemi di correzione, basati su due principi:

  1. il primo sfrutta la fisica, e la teoria del colore, in pratica basta usare un colore che annulli l’altro, cioè usando il complementare
  2. il secondo la chimica, cioè riducendo o azzerando la reazione che genera l’emissione di colore. Tornando al ferro arrugginito di cui abbiamo parlato prima, ovviamente il ferro non ossidato non colora come la ruggine!

Il più noto tra i decoloranti è il biossido di manganese, che ha la capacità di mettere in campo entrambe le tecniche di decolorazione e per questo veniva chiamato il sapone dei vetrai. Sarebbe una cosa bellissima, se non fosse che esso stesso, quando si fissa nel vetro, mantiene la capacità di catturare l’energia della luce solare e di ossidarsi a sua volta. Se siete stati a Venezia avrete notato la luce soffusa dei lampioni di Piazza San Marco, ebbene è dovuta al vetro che, inzialmente incolore, si è ossidato per via del biossido di manganese che ha cambiato il colore delle luci.

Per evitare questo fenomeno che rende il vetro appunto giallo-viola, ora si usa una miscela di elementi tra cui il selenio, il cobalto e terre rare che, dosate singolarmente, danno un risultato più completo e stabile.

Coloranti

Contrariamente a quanto molti credono, il colore al vetro, o almeno a quello usato per fare il Tiffany, non viene dato dipingendolo. Le sostanze coloranti vanno introdotte nell’amalgama. E se si pensa all’effetto che può avere una minima quantità di ferro, capiamo subito che non vengono buttati dentro dei tubetti di tempera, ma delle sostanze chimiche che reagiscono e danno la colorazione del fuso.

Chiamiamo quindi coloranti queste sostanze.

Per stabilire l’intensità della colorazione si devono tenere in considerazione 4 fattori:

  1. la quantità di colorante introdotto nella composizione del vetro,
  2. la presenza o meno di sostanze ossidanti o riducenti nell’atmosfera del forno, che fanno virare la colorazione del composto di base
  3. la conduzione termica della fusione
  4. il tipo di colorazione (ionica o colloidale) che dà sfumature diverse anche se in presenza di sostanze simili.

Sui colori forse potremo approfondire successivamente, ti basti sapere che i composti di sali metallici che impartiscono la colorazione, sono gli stessi usati per colorare i fuochi di artificio.

Ad esempio per il blu si usa il cobalto, per il verde si può usare il rame o il ferro, per il viola il manganese, per il rosa l’oro e per il rosso ci sono diversi metalli che danno sfumature diverse, idem per il giallo. 

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Ora che conosco meglio il vetro lo apprezzo ancora di più, soprattutto perchè è un materiale meraviglioso, può essere rifuso e modellato all’infinito mantenendo le sue caratteristiche,

Spero che questo post ti sia piaciuto, se hai domande puoi scrivermi nei commenti, e se non vuoi perderti i prossimi post puoi iscriverti per riceverli direttamente nella tua casella email.

 

Un ringraziamento speciale alla mia amica Isabella che ha perso un’ora per darmi una lezione di chimica al telefono.

 

Aspettaaa!!! Ti lascio un video su come nasce una lastra di vetro cattedrale. Dura poco!

 

 

Immagini:

Pixabay e Giphy

Photo by Toa Heftiba on Unsplash

Fonti:

www.glassway.vda.it/vetro/index.cfm?glass=1,12,0,0

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