PRÁCTICA NO. 1 “PREPARACIÓN DE VIDRIO DE COLORES”

IntroducciónComo sabemos la materia se presenta en diversos estados de agregación. Para la porción de materia sólida existe una disciplina llamada química del estado sólido que se encarga de estudiar la estructura, síntesis y propiedades de los sólidos.Los vidrios son un sólido que a lo largo de la historia ha tenido gran importancia cultural así como económica. En la actualidad este material se utiliza para diversos fines y en diversas áreas como por ejemplo en el arte, en la industria alimenticia, para fines tecnología o de investigación, en la industria de la construcción, industria automotriz, entre otras. Entender la estructura de los vidrios nos permite magnificar su funcionalidad y perfeccionar sus propiedades. En este procedimiento experimental desarrollamos un método para darle color al vidrio. Este método consiste en que la composición química del material amorfo debe presentar elementos del bloque d de la tabla periódica, es decir, elementos de transición.

Objetivo

Entender cuáles son los factores que afectan el color de los vidrios.

Antecedentes

1) Clasificación de los sólidos

Los sólidos se pueden clasificar muy ampliamente en dos grupos: sólidos cristalinos y sólidos amorfos. Los sólidos amorfos no poseen una estructura definida ni ordenada. Se asocian al mundo de los vidrios o cerámicas. Al quebrar un sólido amorfo se producen caras irregulares.

2) Definición de un vidrio. Sólido amorfo que se le considera también como un líquido súper enfriado o de alta velocidad, es decir son sólidos enfriados sin experimentar la cristalización. Las propiedades de los vidrios dependen de su composición química.

3) Propiedades y estructura de los vidrios

Los vidrios son sólidos duros, frágiles y en la mayoría de los casos transparentes. Están conformados químicamente por SiO2, CaO, Na2O y NaOH principalmente. No presentan un ordenamiento periódico a nivel atómico. Podemos tener vidrios de origen orgánico o inorgánico. Las propiedades de estos materiales se relacionan con su estructura química y dichas propiedades son ópticas, mecánicas, térmicas, acústicas, químicas y eléctricas.

4) Tipos de vidrios

Existen diversos tipos de vidrio clasificados desde su composición química como el vidrio sódico-cálcico, vidrio de pomo, vidrio de sílice o vidrio de boro silicato. Desde el punto de vista de del acabado físico del vidrio, tenemos el vidrio plano, vidrio hueco, vidrio en tubo o vidrio en fibras.

5) Temperatura de transición vítrea

Definimos a la temperatura de transición vítrea como la temperatura a la cual cambian drásticamente las propiedades mecánicas de un vidrio. Existen diferencias importantes entre la transición vítrea y la fusión. Como dijimos antes, la fusión es algo que le ocurre a los cristales, mientras que la transición vítrea ocurre en sistemas amorfos. Al calentar un sólido cristalino que experimenta un cabio de fase llega un momento en el que sube la temperatura, se mantiene constante, se da el cambio de fase y después vuelve a subir. Cuando la temperatura se mantiene constante, el calor absorbido para el cambio de fase en estos sistemas es debido a que se deben vencer fuerzas interatómicas para producirse dicho cambio llamado calor latente. En el caso de los sistemas amorfos esto no sucede.

6) Fabricación de un vidrio

Todo empieza cuando la materia prima que es arena, sosa y caliza se funde en un horno a ms de 1500 °C. El vidrio fundido se vierte en contenedores de níquel donde posteriormente se deja enfriar lentamente para evitar un choque térmico. Dependiendo para que fin sea cada vidrio tiene diferentes acabados o recubrimientos. Pero en esencia esa es la composición y fabricación de los materiales.

7) Factores que le dan color a los vidrios

Una manera de darle color fácilmente a los vidrios es añadiendo en su composición química impurezas de metales de transición. Por ejemplo el Cu +

produce un color rojo rubí, el Cu 2+ produce un tono verde y el Co 3+ produce un tono azul. El color no afecta sus propiedades esenciales. El colorear los vidrios tiene fines artísticos y ornamentales pero también científicos y tecnológicos.

8) Propiedades ácidas y básicas de los vidrios

Las propiedades ácidas o básica en los vidrios se basan en que si presentan en su composición química cationes con altos o bajos estados de oxidación. Como sabemos los cationes con mayor estado de oxidación como Cr 6+, Mn7+ o V5+ tienen un carácter muy ácido. En cambio cationes presentes en vidrios de bajos estados de oxidación le darán un carácter meno acido a estos materiales.

9) Teoría del campo cristalino

Esta teoría propuesta por Bethe y van Vleck se basa en suponer que existe una interacción electrostática permanente entre los orbitales d del ion central y lo átomos donadores de los ligantes.

Parte del principio de que los orbitales del ion central en ausencia de ligantes tienen la misma energía (están degenerados), cuando los ligantes se acercan al ion central apuntando más hacia una densidad d que otra. Las densidades d afectadas por los ligantes aumentan su energía y las otras disminuyen. Se desdoblan el orbital d de energía formando así un Ϫo entre ellos y esta Ϫo o diferencia de energía explica el por qué los colores en los compuestos de coordinación y sus propiedades magnéticas.