This post is also available in: Holandés Inglés Francés Alemán Italiano Polaco Portugués, Portugal

Ahora lo ves, ahora no. El vidrio es un poco un acertijo. Ya es bastante difícil protegernos, pero se rompe con una facilidad increíble. Está hecho de arena opaca, pero es completamente transparente. Y, quizás lo más sorprendente de todo, se comporta como un material sólido… ¡pero también es una especie de líquido extraño disfrazado! Puedes encontrar vidrio dondequiera que mires: la mayoría de las habitaciones de tu hogar tendrán una ventana de vidrio y, si no es eso, tal vez un espejo de vidrio … o una bombilla de vidrio. El vidrio es uno de los materiales creados por el hombre más antiguos y versátiles del mundo. Averigüemos un poco más al respecto.

¿Qué es el vidrio?

Foto: El vidrio se puede utilizar para reciclar otros materiales. El vidrio de uranio tiene un color amarillo verdoso inusual y brilla en la luz ultravioleta. Estas piezas de vidrio se fabricaron utilizando uranio residual de la limpieza de la planta de procesamiento de uranio Fernald cerca de Cincinnati, Ohio, EE. UU. La vitrificación (convertir un material en vidrio) es una forma de eliminar los residuos nucleares de forma segura. Imagen cortesía del Departamento de Energía de los Estados Unidos.

Lo creas o no, el vidrio está hecho de arena líquida. Puede hacer vidrio calentando arena ordinaria (que está hecha principalmente de dióxido de silicio) hasta que se derrita y se convierta en un líquido. No encontrará que eso suceda en su playa local: la arena se derrite a la temperatura increíblemente alta de 1700 ° C (3090 ° F).

Cuando la arena fundida se enfría, no se convierte de nuevo en las cosas amarillas arenosas con las que comenzaste: sufre una transformación completa y gana una estructura interna completamente diferente. Pero no importa cuánto enfríes la arena, nunca se establece en un sólido. En cambio, se convierte en una especie de líquido congelado o lo que los científicos de materiales llaman un sólido amorfo. Es como un cruce entre un sólido y un líquido con algo del orden cristalino de un sólido y algo de la aleatoriedad molecular de un líquido.

El vidrio es un material tan popular en nuestros hogares porque tiene todo tipo de propiedades realmente útiles. Además de ser transparente, es barato de hacer, fácil de moldear cuando está fundido, razonablemente resistente al calor cuando está engastado, químicamente inerte (por lo que un frasco de vidrio no reacciona con las cosas que pones dentro de él), y se puede reciclar cualquier número de veces.

¿Cómo se hace el vidrio?

Obra: Fabricación de vidrio simplificada: mezclar y calentar arena y vidrio reciclado con carbonato de calcio y carbonato de sodio.

Cuando científicos estadounidenses probaron un prototipo de la bomba atómica en el desierto de Nuevo México en 1945, la explosión convirtió la arena en el área inmediata del impacto en vidrio. Afortunadamente, hay formas más fáciles y menos extremas de hacer vidrio, pero todas ellas necesitan inmensas cantidades de calor.

En una planta de vidrio comercial, la arena se mezcla con vidrio de desecho (de colecciones de reciclaje), ceniza de sosa (carbonato de sodio) y piedra caliza (carbonato de calcio) y se calienta en un horno. La soda reduce el punto de fusión de la arena, lo que ayuda a ahorrar energía durante la fabricación, pero tiene un inconveniente desafortunado: ¡produce una especie de vidrio que se disolvería en agua! La piedra caliza se agrega para evitar que eso suceda. El producto final se llama vidrio de soda-cal-sílice. Es el vidrio ordinario que podemos ver a nuestro alrededor.

Foto: El vidrio de borosilicato, como este PYREX® jarra (parte posterior), puede soportar cambios extremos de temperatura, a diferencia del vidrio normal (frente), que se rompe. El frasco de vidrio ordinario en la parte delantera es bastante más delgado y considerablemente más ligero. También puede ver, muy claramente, que el vidrio de borosilicato es de un color ligeramente azulado (al igual que el óxido de boro del que está hecho).

Una vez que la arena se funde, se vierte en moldes para hacer botellas, vasos y otros recipientes, o se «flota» (se vierte sobre una gran cuba de metal de estaño fundido) para hacer láminas de vidrio perfectamente planas para las ventanas. Los recipientes de vidrio inusuales todavía se hacen a veces «soplando». Un «gob» (bulto) de vidrio fundido se envuelve alrededor de una tubería abierta, que se gira lentamente. El aire se sopla a través del extremo abierto de la tubería, haciendo que el vidrio explote como un globo. Con un hábil soplado y giro, se pueden hacer todo tipo de formas increíbles.

Los fabricantes de vidrio utilizan un proceso ligeramente diferente dependiendo del tipo de vidrio que quieran hacer. Por lo general, se agregan otros productos químicos para cambiar la apariencia o las propiedades del vidrio terminado. Por ejemplo, los productos químicos a base de hierro y cromo se agregan a la arena fundida para hacer vidrio teñido de verde. El vidrio de borosilicato a prueba de horno (ampliamente vendido bajo la marca registrada PYREX®) se fabrica agregando óxido de boro a la mezcla fundida. La adición de óxido de plomo hace un vidrio de cristal fino que se puede cortar más fácilmente; El muy apreciado cristal de plomo cortado brilla con color a medida que refracta (dobla) la luz que pasa a través de él. Algunos tipos especiales de vidrio se fabrican mediante un proceso de fabricación diferente. El vidrio a prueba de balas está hecho de un sándwich o laminado de múltiples capas de vidrio y plástico unidas entre sí. El vidrio templado utilizado en los parabrisas de los automóviles se fabrica enfriando el vidrio fundido muy rápidamente para hacerlo mucho más difícil. El vidrio teñido (coloreado) se hace agregando compuestos metálicos al vidrio mientras está fundido; diferentes metales dan a los segmentos separados de vidrio sus diferentes colores.

¿Es el vidrio un sólido… o un líquido?

Obra de arte: Arriba: En un sólido cristalino regular, los átomos están dispuestos de una manera ordenada y predecible. Abajo: En un sólido amorfo, como el vidrio, la disposición es mucho más aleatoria.

Es una pregunta muy interesante.

La respuesta es ambas, ¡y ninguna! Hay opiniones muy diferentes sobre cómo referirse a materiales como el vidrio que parecen ser un poco como líquidos en algunos aspectos y un poco como sólidos en otros.

En las escuelas y en los libros, tendemos a aprender que todos los sólidos tienen una estructura fija de átomos.

De hecho, hay diferentes tipos de sólidos que tienen estructuras muy diferentes y no todo lo que describimos como «sólido» se comporta exactamente de la misma manera. Piense en un trozo de hierro y un trozo de goma. Claramente, ambos son sólidos y, sin embargo, el caucho es muy diferente del hierro. En el interior, el caucho y el hierro tienen sus átomos (en el caso del hierro) y moléculas (en el caso del hierro).

caucho) dispuesto de maneras totalmente diferentes. El hierro tiene una estructura regular o cristalina (como un marco de escalada con átomos en las esquinas), mientras que el caucho es un polímero (hecho de largas cadenas de moléculas conectadas entre sí). O piensa en el agua. Como habrás descubierto, el agua es un sólido casi único porque se expande para empezar cuando se congela. En resumen, no todo encaja perfectamente en nuestras ideas de sólido, líquido y gas y no todos los sólidos, líquidos y gases se comportan de una manera agradable, ordenada y fácil de explicar. ¡Las excepciones son las cosas que hacen que la ciencia sea realmente interesante!

Sólidos amorfos

Volvamos al vidrio. Mire a través de un microscopio dentro de un vidrio y encontrará que las moléculas de las que está hecho están dispuestas en un patrón irregular. Es por eso que el vidrio a veces se conoce como un sólido amorfo (un sólido sin la estructura cristalina regular que tendría algo como un metal). También puede ver el vidrio descrito como un «líquido sobreenfriado congelado». Esta es otra forma de decir «el vidrio es un líquido que nunca se ha puesto», que es la declaración desconcertante que a veces encontrarás en los libros de ciencia. Podríamos decir que el vidrio es un poco como un líquido y un poco como un sólido. Tiene una estructura interna que está en algún lugar entre la estructura de un líquido y un sólido, con algo del orden de un sólido y algo de la aleatoriedad de un líquido.

El vidrio no es de ninguna manera el único sólido amorfo. Es posible hacer un tipo de agua llamada hielo amorfo que podría describirse como entre sólido (agua) y líquido (hielo). Esto se hace enfriando el agua muy rápidamente. El hielo se forma tan rápido que no tiene tiempo para construir su estructura cristalina normal. Entonces, lo que obtienes parece hielo, pero se comporta de alguna manera como agua líquida. Otras sustancias también se pueden convertir en sólidos amorfos. Las células solares a menudo están hechas de algo llamado silicio amorfo.

¿Para qué usamos el vidrio?

El vidrio comienza su día con un brillo: una mirada a su reloj, una mirada a través del esmalte al sol o la lluvia, un ceño fruncido en el espejo, una canción de la ducha, mientras se lava con agua que se filtra caliente desde los paneles solares en el techo. Los vasos empacan la mesa del desayuno, que podría, en sí misma, estar hecha de vidrio ahumado, y hay botellas y frascos de todas las formas y colores. Al preparar el desayuno en su cocina, es posible que esté usando una estufa de vitrocerámica o un microondas con una ventana forrada de metal para mantener las olas adentro. ¿Tal vez estás viendo cruasanes calentarse a través de la puerta del horno Pyrex? (¿Y es eso una tetera de vidrio?)

Cuando revisa su correo electrónico durante el desayuno (mal hábito), los datos de Internet de velocidad de la luz llegan a su hogar a través de fibras ópticas, al igual que la luz del sol fluye a través de las ventanas que reflejan el calor que lo mantienen fresco. Usted lee las palabras a través del panel LCD de vidrio de su computadora portátil o el vidrio de gorila endurecido de su teléfono inteligente, ambos cargados por energía solar de paneles fotovoltaicos en el techo. Las cabezas parlantes te murmuran a través de la pantalla del televisor en la esquina.

Luego te diriges al trabajo o a la escuela, en un automóvil, autobús, tren (tal vez incluso helicóptero) envuelto en vidrio, encorvado bajo lámparas de baja energía cubiertas por vidrio para que duren. Si está conduciendo, la carretera por la que está rugiendo podría estar hecha de agregados y asfalto, incluido el vidrio reciclado; incluso las rayas blancas en el medio usan pequeñas cuentas de vidrio para hacerlas brillar en sus faros. Tal vez te dejes caer en el banco o en la oficina de correos en tu camino, sonriendo al cajero detrás de su ventana a prueba de balas, mientras haces una copia rápida de tu permiso de conducir (que descuidadamente dejas atrás en la placa de vidrio de la fotocopiadora).

Foto: ¡El vidrio trae el exterior hacia adentro! Esta es la maravillosa Capilla wayfarers en Rancho Palos Verdes, California, diseñada por Lloyd Wright (hijo de Frank Lloyd Wright). Imagen de la Colección Jon B. Lovelace de Fotografías de California en carol M. Highsmith’s America Project, Library of Congress, Prints and Photographs Division.

Si se trata de un edificio moderno, su oficina o escuela podría ser una mini catedral de cristal; pensamos en el vidrio como quebradizo y frágil, pero endurecerlo de la manera correcta y puede hacer paredes, pisos, techos y escaleras a partir de él; las tiendas muestran sus productos a través de enormes paneles laminados, pulidos a la perfección.

Y eso es solo una pequeña selección de las cosas que el vidrio hace por nosotros. Hay muchos más lugares donde lo encontrarás escondido, desde las bombillas en termómetros y los empastes cermet en los dientes hasta los cascos de fibra de vidrio de los barcos, el «papel de lija» que usamos para decorar (que a menudo es papel de vidrio), e incluso las galgas extensométricas que nos advierten cuando los edificios se están agrietando. Claro, limpio, atractivo, no reactivo, barato, fuerte y efectivo. ¿Qué más se puede pedir? El vidrio es uno de esos materiales mágicos que damos absolutamente por sentado; en todas partes y en ninguna parte, «invisiblemente transparente», ¡así que ni siquiera nos damos cuenta de que está allí!

Fuente