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Vidrio

El vidrio es un material sólido amorfo (no cristalino). Los vidrios suelen ser frágiles y ópticamente transparentes. El tipo de vidrio más conocido, utilizado durante siglos en ventanas y recipientes para beber, es el vidrio de cal sodada, compuesto de aproximadamente un 75 % de sílice (SiO ₂ ) con la adición de óxido de sodio (Na ₂ O) de carbonato de sodio, cal (CaO ), y varios aditivos menores.

Propiedades ópticas

El vidrio tiene un uso generalizado en gran parte debido a la producción de composiciones de vidrio que son transparentes a las longitudes de onda visibles de la luz. Por el contrario, los materiales policristalinos en general no transmiten la luz visible. Los cristalitos individuales pueden ser transparentes, pero sus facetas (límites de grano) reflejan o dispersan la luz, lo que da como resultado una reflexión difusa. El vidrio no contiene las subdivisiones internas asociadas con los límites de grano en los policristales, por lo que no dispersa la luz de la misma manera que un material policristalino. La superficie de un vidrio suele ser lisa: durante la formación del vidrio, las moléculas del líquido superenfriado no se ven obligadas a disponer en geometrías cristalinas rígidas. Las moléculas pueden seguir la tensión superficial, lo que impone una superficie microscópicamente lisa. Estas propiedades, que dan al vidrio su transparencia, pueden conservarse incluso si el vidrio es parcialmente absorbente de luz o coloreado.

El vidrio tiene la capacidad de refractar, reflejar y transmitir la luz de acuerdo con los principios de la óptica geométrica. El vidrio común tiene un índice de refracción de 1,5. De acuerdo con las ecuaciones de Fresnel, la reflectividad (la cantidad de luz que se refleja en la interfaz aire-vidrio) de una hoja de vidrio es de alrededor del 4 % por superficie (con incidencia normal en el aire). Esto significa que la cantidad de luz que se transmite a través de una superficie de vidrio (la transmisividad) es del 96 %. La transmisividad de un elemento de vidrio con dos superficies es de alrededor del 92%.

El vidrio también encuentra aplicación en optoelectrónica para fibras ópticas transmisoras de luz.

Color

El color en el vidrio se puede obtener agregando iones cargados eléctricamente que se distribuyen homogéneamente o precipitando partículas finamente dispersas (como en los vidrios fotocromáticos). El vidrio sodocálcico común parece incoloro a simple vista cuando es delgado, aunque las impurezas de óxido de hierro (II) (FeO) de hasta el 0,1 % en peso producen un tinte verde. Esto se ve en piezas gruesas o con la ayuda de instrumentos científicos. El dióxido de manganeso se puede agregar en pequeñas cantidades para eliminar el tinte verde dado por el óxido de hierro (II). Las adiciones de FeO y Cr ₂ O ₃ se pueden utilizar para la producción de botellas verdes. El azufre, junto con el carbono y las sales de hierro, se utiliza para formar polisulfuros de hierro y producir vidrio ámbar que varía de amarillento a casi negro. Un vidrio fundido también puede adquirir un color ámbar en una atmósfera de combustión reductora.

Cuando se usa en vidrio artístico o vidrio de estudio, el vidrio se colorea usando recetas muy bien guardadas que involucran combinaciones específicas de óxidos metálicos, temperaturas de fusión y tiempos de ‘cocción’. La mayoría de los vidrios de colores que se utilizan en el mercado del arte son fabricados en grandes cantidades por proveedores, aunque hay algunos fabricantes de vidrio que tienen la capacidad de producir su propio color a partir de materias primas.

Cuarzo

El cuarzo es un mineral abundante en la corteza continental terrestre. Se compone de un marco continuo de tetraedros de silicio-oxígeno SiO_4. Cada átomo de oxígeno se comparte entre dos tetraedros, dando una fórmula general de SiO ₂ . Hay muchas variedades diferentes de cuarzo, varias de las cuales son piedras preciosas semipreciosas.

Propiedades físicas

Debido a su abundancia y alta estabilidad térmica y química, el cuarzo se usa ampliamente en muchas aplicaciones a gran escala: abrasivos, materiales de fundición, cerámica y cementos. Los cristales de cuarzo tienen propiedades piezoeléctricas. La piezoelectricidad es la capacidad de desarrollar un potencial eléctrico tras la aplicación de una tensión mecánica. Uno de los primeros usos de esta propiedad de los cristales de cuarzo fue en las pastillas de fonógrafo, donde el movimiento mecánico de la aguja en la ranura genera un voltaje eléctrico proporcional al crear tensión dentro de un cristal.

Hoy en día, un oscilador de cristal es un uso piezoeléctrico común para el cuarzo: la frecuencia de vibración del cristal se usa para generar una señal eléctrica de frecuencia muy precisa. Esto se emplea en muchos dispositivos electrónicos modernos (relojes de pulsera, relojes, radios, computadoras, teléfonos celulares) para controlar el tiempo o proporcionar una señal de reloj estable para circuitos digitales.

Color

El cuarzo puro, tradicionalmente llamado cristal de roca (a veces llamado cuarzo claro), es incoloro y transparente o translúcido. Las variedades de colores comunes incluyen citrino, cuarzo rosa, amatista, cuarzo ahumado y cuarzo lechoso.

Las variedades criptocristalinas (cristales apenas visibles bajo el microscopio) son translúcidas o en su mayoría opacas, mientras que las variedades transparentes tienden a ser macrocristalinas (cristales grandes identificados a simple vista). La calcedonia es una forma criptocristalina de sílice que consta de finos intercrecimientos de cuarzo y su polimorfo monoclínico, moganita. Otras variedades de piedras preciosas opacas de cuarzo, o rocas mixtas, incluido el cuarzo, a menudo incluyen bandas contrastantes o patrones de color. Estos incluyen ágata, ónix, cornalina y jaspe.