Estado vítreo: concepto, características, propiedades, ejemplos
¿Qué es el estado vítreo?
El estado vítreo se da en cuerpos que han experimentado una rápida ordenación molecular para tomar posiciones definidas, generalmente a causa de un enfriamiento rápido. Estos cuerpos tienen aspecto sólido con determinado grado de dureza y rigidez, si bien ante la aplicación de fuerzas externas se deforman en general de forma elástica.
El vidrio, que no se debe confundir con el cristal, se utiliza en la fabricación de ventanas, lentes, botellas, etc. En general cuenta con infinidad de aplicaciones, tanto para la vida doméstica como para la investigación y la tecnología; de ahí su importancia, y la importancia de conocer sus propiedades y sus características.
Por otro lado, es importante entender que existen diversos tipos de vidrios, tanto de origen natural como artificial. En cuanto a estos últimos, los distintos tipos de vidrios a menudo responden a diferentes necesidades.
Por lo tanto, es posible obtener vidrios que cumplan determinadas propiedades para cubrir ciertas necesidades tecnológicas o industriales.
Características del estado vítreo
Isótropos y transparentes
En lo que refiere a sus características ópticas, estos cuerpos vítreos son isótropos (es decir, sus propiedades físicas no dependen de la dirección) y transparentes frente a la mayor parte de la radiación visible, del mismo modo que sucede con los líquidos.
Otro estado de la materia
Generalmente se considera el estado vítreo como otro estado de la materia más allá de los tres estados habitualmente conocidos, como son líquido, gas y sólido, u otros nuevos que se han ido descubriendo en las últimas décadas, como el plasma o el condensado Bose-Einstein.
Sin embargo, determinados investigadores entienden que el estado vítreo es el resultado de un líquido subenfriado o líquido con una viscosidad tan elevada que le acaba confiriendo aspecto sólido sin que en realidad lo sea.
Para estos investigadores, el estado vítreo no sería un nuevo estado de la materia, sino más bien una forma distinta en la que se presenta el estado líquido.
No tienen ordenación interna
En última instancia, lo que parece bastante seguro es que los cuerpos en estado vítreo no muestran una ordenación interna determinada, contrariamente a lo que sucede con los sólidos cristalinos.
No obstante, también es cierto que en muchas ocasiones se aprecia lo que se denomina un desorden ordenado. Se observan ciertos grupos ordenados que se organizan espacialmente de forma total o parcialmente aleatoria.
Tipos de vidrios
Como ya se ha dicho anteriormente, el vidrio puede tener origen natural o artificial. Un ejemplo de cuerpo vítreo de origen natural es la obsidiana, que se crea por el calor presente en el interior de los volcanes.
Por otra parte, son susceptibles de adquirir estado vítreo tanto sustancias de origen orgánico como sustancias inorgánicas. Algunas de estas sustancias son:
- Diferentes elementos químicos, como Se, Si, Pt-Pd, Au-Si, Cu-Au.
- Distintos óxidos, como SiO2, P2O5, B2O3 y ciertas de sus combinaciones.
- Diferentes compuestos químicos, como GeSe2, As2S3, P2S3, PbCl2, BeF2, AgI.
- Polímeros orgánicos, como poliamidas, glicoles, polietilenos o poliestirenos y azúcares, entre otros.
Ejemplos
De entre los vidrios más comunes que se pueden encontrar conviene destacar los siguientes:
Sílice vítrea
La sílice es un óxido de silicio, de entre las cuales en general la más conocida es el cuarzo. En general la sílice es un componente fundamental del vidrio.
Para el caso del cuarzo, se puede obtener un vidrio de cuarzo calentándolo hasta su punto de fusión (que es de 1723 ºC) y procediendo a enfriarlo rápidamente.
El vidrio de cuarzo presenta una resistencia excelente al choque térmico y se puede bañar en agua cuando está al rojo vivo. Sin embargo, su elevada temperatura de fusión y su viscosidad dificultan trabajar con este.
Este vidrio de cuarzo se aplica tanto en investigación científica como en multitud de aplicaciones para el hogar.
Vidrios de silicato de sódico
Su fabricación se debe a que ofrece propiedades parecidas a las del vidrio de cuarzo, si bien los vidrios de silicato sódico son bastante más económicos, ya que para fabricarlos no es necesario llegar a temperaturas tan altas como en el caso de los vidrios de cuarzo.
Además del sodio, en el proceso de fabricación se añaden otros metales alcalinotérreos para dotar al vidrio de ciertas propiedades particulares, tales como resistencia mecánica, no reactividad frente los agentes químicos a temperatura ambiental (especialmente frente al agua), entre otras.
Asimismo, con la adición de estos elementos también se busca que conserven la transparencia frente a la luz.
Propiedades del vidrio
En líneas generales, las propiedades del vidrio están relacionadas tanto con la naturaleza, como con las materias primas utilizadas en su obtención, como con la composición química del producto final obtenido.
La composición química se expresa habitualmente como porcentajes en masa de los óxidos más estables a temperatura ambiental de los elementos químicos que lo componen.
En cualquier caso, algunas propiedades generales del vidrio son:
- No pierde sus propiedades ópticas con el tiempo.
- Son fácilmente maleable cuando están en proceso de fundición.
- Su color depende de los materiales que se le añadan en el proceso de fusión.
- Son fácilmente reciclables.
- El vidrio tiene la capacidad de reflejar, refractar y transmitir la luz, gracias a sus propiedades ópticas, sin dispersarla.
- El vidrio común tiene un índice de refracción de 1,5 el cual se puede modificar con diferentes aditivos.
- El vidrio común es resistente a la corrosión y su resistencia a la tracción es de 7 megapascales.
- Además, el color del vidrio se puede modificar añadiendo diferentes aditivos.
Reciclaje del vidrio
Una importante ventaja del vidrio frente a otros materiales es tanto su facilidad de reciclaje como su ilimitada capacidad de reciclaje, ya que no existe límite a la cantidad de veces que se puede reciclar un mismo material vítreo.
Además, en la fabricación de vidrio reciclado el ahorro energético es del orden del 30 % con respecto al coste energético que supone su fabricación a partir de las materias primas. Este ahorro energético, junto con el ahorro en materias primas, a la postre significa también un importante ahorro económico.