Vidrio sódico-cálcico
El vidrio sódico-cálcico , también llamado vidrio sódico-cálcico-sílice , es el tipo de vidrio más común y se utiliza para cristales de ventanas y recipientes de vidrio (botellas y frascos) para bebidas, alimentos y algunos productos básicos. Algunos utensilios de vidrio para hornear están hechos de vidrio sódico-cálcico, a diferencia del vidrio de borosilicato más común . [1] El vidrio sódico-cálcico representa aproximadamente el 90 % del vidrio fabricado. [2] [3]
Producción
El proceso de fabricación del vidrio sódico-cálcico consiste en fundir las materias primas , que son sílice , sosa , cal (en forma de (Ca(OH) 2 ), dolomita (CaMg(CO3 ) 2 , que proporciona el óxido de magnesio) y óxido de aluminio; junto con pequeñas cantidades de agentes de clarificación ( por ejemplo, sulfato de sodio ( Na2SO4 ) , cloruro de sodio (NaCl), etc.) en un horno de vidrio a temperaturas locales de hasta 1675 °C. [4] La sosa y la cal sirven como fundente que reduce la temperatura de fusión de la sílice (1580 °C) y hace que la mezcla se ablande a medida que se calienta, comenzando a tan solo 700 °C. La temperatura solo está limitada por la calidad del material de la estructura del horno y por la composición del vidrio. Por lo general, se utilizan minerales relativamente económicos como trona , arena y feldespato en lugar de productos químicos puros. Las botellas verdes y marrones se obtienen a partir de materias primas que contienen óxido de hierro . La mezcla de materias primas El material se denomina lote .
Aplicaciones
El vidrio sódico-cálcico se divide técnicamente en vidrio para ventanas, llamado vidrio plano , y vidrio para contenedores, llamado vidrio para contenedores . Los dos tipos difieren en la aplicación, el método de producción ( proceso de flotación para ventanas, soplado y prensado para contenedores) y la composición química. El vidrio plano tiene un mayor contenido de óxido de magnesio y óxido de sodio que el vidrio para contenedores, y un menor contenido de sílice, óxido de calcio y óxido de aluminio . [5] El menor contenido de iones altamente solubles en agua (sodio y magnesio) en el vidrio para contenedores proviene de su durabilidad química ligeramente superior frente al agua, lo que se requiere especialmente para el almacenamiento de bebidas y alimentos.
Composiciones y propiedades típicas
El vidrio sódico-cálcico es relativamente barato, químicamente estable, razonablemente duro y extremadamente trabajable. Debido a que se puede volver a ablandar y volver a fundir numerosas veces, es ideal para el reciclaje de vidrio . [6] Se utiliza en lugar de sílice químicamente pura (SiO 2 ), también conocida como cuarzo fundido . Mientras que la sílice pura tiene una excelente resistencia al choque térmico , pudiendo sobrevivir a la inmersión en agua mientras está al rojo vivo, su alta temperatura de fusión (1723 °C ) y su viscosidad dificultan su trabajo. [7] Por lo tanto, se añaden otras sustancias para simplificar el procesamiento. Una de ellas es la "sosa", u óxido de sodio (Na 2 O), que se añade en forma de carbonato de sodio o precursores relacionados. La sosa reduce la temperatura de transición vítrea. Sin embargo, la sosa hace que el vidrio sea soluble en agua , lo que normalmente no es deseable. Para proporcionar una mejor durabilidad química, también se añade la " cal ". Este es óxido de calcio (CaO), generalmente obtenido de la piedra caliza . Además, el óxido de magnesio (MgO) y la alúmina, que es óxido de aluminio ( Al2O3 ) , contribuyen a la durabilidad. El vidrio resultante contiene entre un 70 y un 74 % de sílice en peso .
El vidrio sódico-cálcico experimenta un aumento constante de viscosidad a medida que disminuye la temperatura, lo que permite realizar operaciones con una precisión cada vez mayor. El vidrio se puede moldear fácilmente para formar objetos cuando tiene una viscosidad de 10 4 poises , que se alcanza normalmente a una temperatura de alrededor de 900 °C. El vidrio se ablanda y sufre una deformación constante cuando la viscosidad es inferior a 10 8 poises, cerca de 700 °C. Aunque aparentemente está endurecido, el vidrio sódico-cálcico se puede recocer para eliminar las tensiones internas en unos 15 minutos a 10 14 poises, cerca de 500 °C. La relación entre la viscosidad y la temperatura es en gran medida logarítmica, con una ecuación de Arrhenius que depende en gran medida de la composición del vidrio, pero la energía de activación aumenta a temperaturas más altas. [8]
La siguiente tabla enumera algunas propiedades físicas de los vidrios sódico-cálcicos. A menos que se indique lo contrario, las composiciones de los vidrios y muchas propiedades determinadas experimentalmente se han tomado de un estudio de gran tamaño. [5] Los valores marcados en cursiva se han interpolado a partir de composiciones de vidrio similares (consulte el cálculo de las propiedades del vidrio ) debido a la falta de datos experimentales.
| Propiedades | Envase de vidrio | Vidrio plano | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Composición química , % en peso |
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Viscosidad log(η, dPa·s o poise) = A + B / ( T en °C − T 0 ) |
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Temperatura de transición vítrea , T g | 573 °C (1063 °F) | 564 °C (1047 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Coeficiente de expansión térmica , ppm/K, ~100–300 °C (212–572 °F) | 9 | 9.5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Densidad a 20 °C (68 °F), g/cm 3 | 2.52 | 2.53 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Índice de refracción n D a 20 °C (68 °F) | 1.518 | 1.520 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dispersión a 20 °C (68 °F), 10 4 × ( n F − n C ) | 86,7 | 87,7 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Módulo de Young a 20 °C (68 °F), GPa | 72 | 74 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Módulo de corte a 20 °C (68 °F), GPa | 29.8 | 29.8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Temperatura del liquidus | 1.040 °C (1.900 °F) | 1.000 °C (1.830 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Capacidad calorífica a 20 °C (68 °F), J/(mol·K) | 49 | 48 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Tensión superficial , a ~1300 °C (2370 °F), mJ/ m2 | 315 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Durabilidad química , clase hidrolítica , según ISO 719 [9] | 3 | 3...4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Factor de intensidad de tensión crítica , [10] (K IC ), MPa.m 0,5 | ? | 0,75 |
- Coeficiente de restitución (esfera de vidrio vs. pared de vidrio): 0,97 ± 0,01 [11]
- Conductividad térmica : 0,7–1,3 W/(m·K) [12]
- Dureza (escala de Mohs) : 6 [13]
- Dureza Knoop : 585 kg/mm2 + 20 [ cita requerida ]
Véase también
Referencias
- ^ Estes, Adam Clark (16 de marzo de 2019). "La controversia sobre el vidrio Pyrex que no muere". Gizmodo . Consultado el 22 de marzo de 2019 .
- ^ "¿Vidrio de borosilicato frente a vidrio sódico-cálcico? - Noticias de Rayotek". rayotek.com . Archivado desde el original el 23 de abril de 2017. Consultado el 23 de abril de 2017 .
- ^ Robertson, Gordon L. (22 de septiembre de 2005). Food Packaging: Principles and Practice (Envasado de alimentos: principios y prácticas) (segunda edición). CRC Press. ISBN 978-0-8493-3775-8Archivado desde el original el 2 de diciembre de 2017.
- ^ BHWS de Jong, "Vidrio"; en "Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry"; 5.ª edición, vol. A12, VCH Publishers, Weinheim, Alemania, 1989, ISBN 978-3-527-20112-9 , págs. 365–432.
- ^ ab "Base de datos de propiedades de fusión de vidrio a alta temperatura para modelado de procesos"; Eds.: Thomas P. Seward III y Terese Vascott; The American Ceramic Society, Westerville, Ohio, 2005, ISBN 1-57498-225-7
- ^ "Carbonato de calcio: fabricación de vidrio". congcal.com . congcal. 28 de junio de 2012 . Consultado el 5 de agosto de 2013 .
- ^ Greenwood, Norman N. ; Earnshaw, Alan (1997). Química de los elementos (2.ª ed.). Butterworth-Heinemann . ISBN 978-0-08-037941-8.
- ^ Thomas H. Sanders Jr. "Comportamiento de la viscosidad de los vidrios de óxido". Coursera.
- ^ "ISO 719:1985 - Vidrio - Resistencia hidrolítica de los granos de vidrio a 98 grados C - Método de prueba y clasificación". iso.org .
- ^ Wiederhorn, SM (1969). "Energía de tensión de fractura del vidrio". Revista de la Sociedad Cerámica Americana . 52 (2): 99–105. doi :10.1111/j.1151-2916.1969.tb13350.x.
- ^ Gondret, P.; M. Lance; L. Petit (2002). "Movimiento de rebote de partículas esféricas en fluidos". Física de fluidos . 14 (2): 643–652. doi :10.1063/1.1427920.
- ^ Janssen, LPBM, Warmoeskerken, MMCG, 2006. Compañero de datos de fenómenos de transporte . Delft: VVSD.
- ^ "Propiedades del material de vidrio flotado (sódico-cálcico) :: MakeItFrom.com". makeitfrom.com .
