Il vetro è un materiale non cristallino di straordinaria importanza tecnologica perché unisce trasparenza, durezza, resistenza alla corrosione e, inoltre, è un ottimo isolante elettrico.
I vetri si formano durante il processo di raffreddamento di una massa fusa che, al di sotto di una certa temperatura, acquisisce la caratteristica rigidità dei solidi, ma senza che i suoi componenti siano disposti in una struttura a lungo raggio.
I vetri passano reversibilmente dalla loro forma fusa ad uno stato rigido (di altissima viscosità) senza la comparsa di alcuna nuova fase nel sistema, nel cosiddetto processo di vetrificazione.
Il vetro è quindi un solido senza ordine, motivo per cui è difficile classificarlo all’interno di uno dei tre stati di aggregazione della materia: solido, liquido e gassoso. Per questo si pensava che il vetro potesse far parte di un quarto stato di aggregazione: lo stato vitreo. Tuttavia, per vari motivi, questa proposta non ha avuto successo.
Composizione del vetro
In generale, i vetri sono formati dai seguenti componenti:
- Ossidi vetrificabili. Generalmente silice, che rappresenta i 2/3 della composizione dei vetri industriali. L’aggiunta di ossido di boro permette di produrre vetri più resistenti in grado di sopportare temperature più elevate.
- Ossidi di flusso. Chiamati anche ossidi modificatori, questo gruppo comprende ossidi di sodio, potassio, calcio e magnesio, il cui ruolo è quello di rompere i legami tra silicio e ossigeno nelle catene. Per questo motivo la temperatura di vetrificazione e la viscosità di questi materiali diminuiscono.
- Ossidi stabilizzanti. Il loro scopo è compensare l’effetto negativo prodotto dall’incorporazione degli ioni alcalini utilizzati come flussi e riparare parzialmente i danni prodotti nella rete di vetro. Gli conferiscono coesione e resistenza e impediscono che sia un materiale solubile facilmente attaccabile dagli acidi. Alcuni esempi sono ossido di calcio, ossido di piombo e ossido di alluminio.
- Componenti accessori. Possono avere diverse funzioni, ad esempio finitrici che riducono la viscosità del vetro ad alta temperatura per facilitare la rimozione delle impurità durante la fusione. Questo gruppo comprende nitrati di sodio, potassio e bario e additivi coloranti, sotto forma di ossidi che vengono utilizzati miscelati in proporzioni diverse per ottenere un’ampia varietà di colori.
Applicazioni quotidiane e scientifiche
Il vetro è uno dei materiali più utilizzati. Ha contribuito, e continua a farlo, allo sviluppo della società. È il materiale artificiale più versatile in circolazione.
Conosciamo tutti le sue applicazioni più comuni, che fanno parte della nostra vita quotidiana. Trovano impiego nella fabbricazione di contenitori per alimenti, bevande, prodotti farmaceutici, stoviglie; in architettura sotto forma di finestre, isolamento, interior design, elettrodomestici e sono utilizzati anche nell’industria navale, aeronautica, aerospaziale o automobilistica, tra gli altri.
Ma oltre a queste, ci sono altre applicazioni meno conosciute, come le seguenti:
- Bicchieri per la rigenerazione di ossa e tessuti.
- Occhiali antibatterici, che eliminano i batteri riducendo la resistenza microbica agli antibiotici.
- Aerogel, il materiale tridimensionale più leggero che esista e l’isolante più conosciuto.
- La fibra ottica che permette la connettività ad alte velocità
- Energie rinnovabili, energia solare termica e turbine eoliche.
Potremmo davvero continuare a citare esempi di applicazioni del vetro e non finiremmo mai, poiché ogni giorno si trovano nuove applicazioni per questo materiale.
Relazione con obiettivi di sviluppo sostenibile
Il vetro contribuisce al raggiungimento di un buon numero di obiettivi di sviluppo sostenibile. Si distingue tra gli altri materiali perché può essere riciclato all’infinito, consentendo il risparmio di risorse naturali, energia e costi, contribuendo all’economia circolare.
Il vetro viene utilizzato per la produzione di isolamenti più efficienti o in grandi finestre che consentono l’utilizzo della luce diurna, migliorano il benessere e riducono la necessità di luce artificiale, riducendo il consumo energetico degli edifici.
Contribuisce inoltre allo sviluppo delle energie rinnovabili: essendo utilizzato negli impianti solari termici e nelle turbine eoliche.
Le fibre di vetro sono anche fondamentali per una comunicazione affidabile e veloce dei dati attraverso Internet e lo sviluppo della tecnologia 5G.
Infine, il vetro è utilizzato per conservare cibi e bevande, un’alternativa all’uso della plastica e al loro impatto ambientale sia nelle discariche che negli oceani.
Immaginate per un momento che il vetro non sia stato inventato… come sarebbero le nostre vite?
Autore
María Luisa López García, Rubén Miranda Carreño, Università Complutense di Madrid
