Historia del vidrio, diferentes tipos de vidrio y características de los cidrios empleados en los laboratorios

1. José Antonio Anaya RoaJosé Antonio Anaya Roa
Estado de México, marzo 2004Estado de México, marzo 2004
Universidad Autónoma ChapìngoUniversidad Autónoma Chapìngo
MATERIAL
DE
LABORATORIO
2° Parte

2. Academia Universitaria de
Química
Curso

3. 2° Parte
Vidrio

4. La historia del vidrio
El origen del vidrio se pierde en la noche de los tiempos
y permanecerá probablemente siempre misterioso y
rodeado de leyendas. Como la de Plinio quine asume la
invención del vidrio de manera casual cuando
navegantes fenicios, al hacer fuego sobre una playa de
arena para cocer sus alimentos, emplearon trozos de
natrón (carbonato de sodio) para sostener sus ollas que
al fundirse dieron lugar a un liquido translucido que
endurecía una vez frío.
No obstante la narrativa de Plinio es poco confiable, ya
que para lograr el punto de fusión del natrón que dio
por resultado la formación del vidrio, hubiera sido
necesaria una temperatura aproximada a los 1’300° o
1’500° C., mientras que una fogata al aire libre puede
alcanzar, cuando mucho, los 600° C.

5. Los historiadores coinciden en que empleo del vidrio
se remonta al 2 500 AC en Egipto y en Mesopotamia,
primero como adorno y posteriormente como objetos
destinados para contener alimentos.
Técnica del Soplado
La técnica para moldear tazas, jarros y copas en unaLa técnica para moldear tazas, jarros y copas en una
estructura de arena o de arcilla, consistía en recogerestructura de arena o de arcilla, consistía en recoger
el vidrio en fusión con el extremo de una caña hueca,el vidrio en fusión con el extremo de una caña hueca,
dentro de la cual se soplaba para dar al objeto ladentro de la cual se soplaba para dar al objeto la
forma deseada.forma deseada.
Esta técnica fue la primera gran innovación vidriera
iniciada en Palestina y Siria, y se difundió en todo el
occidente y se utilizó hasta la era moderna.

6. • El vidrio es un sólido amorfo que resulta deEl vidrio es un sólido amorfo que resulta de
enfriar de manera drástica una mezcla deenfriar de manera drástica una mezcla de
materiales inorgánicos fundidos.materiales inorgánicos fundidos.
• El súbito proceso de solidificación de la mezclaEl súbito proceso de solidificación de la mezcla
fundida, incrementa la viscosidad, disminuye lafundida, incrementa la viscosidad, disminuye la
energía cinética y favorece la atracción entreenergía cinética y favorece la atracción entre
partículas (energía potencial).partículas (energía potencial).
• La interrupción drástica en el movimiento deLa interrupción drástica en el movimiento de
las partículas da lugar a sólidos desordenados,las partículas da lugar a sólidos desordenados,
sin estructura tridimensional (amorfos) y desin estructura tridimensional (amorfos) y de
composición variablecomposición variable

7. • Los sólidos amorfos pueden ser consideradosLos sólidos amorfos pueden ser considerados
como fases meta-estables o líquidos endurecidoscomo fases meta-estables o líquidos endurecidos
por sobre-enfriamiento sin llegar a serpor sobre-enfriamiento sin llegar a ser
verdaderos sólidos cristalinos.verdaderos sólidos cristalinos.
• ElEl vidriovidrio no presentano presenta característicascaracterísticas específicasespecíficas
((punto de fusiónpunto de fusión, densidad, índice de refracción,, densidad, índice de refracción,
etc.) ya que algunas de ellas dependen de suetc.) ya que algunas de ellas dependen de su
composición.composición.
• Normalmente es quebradizo, de rupturaNormalmente es quebradizo, de ruptura
azarosa, con puntos de remblandecimientoazarosa, con puntos de remblandecimiento
variables y transprente, aún cuando puedevariables y transprente, aún cuando puede
hacerse opaco bajo ciertos procesos.hacerse opaco bajo ciertos procesos.

8. A principios de este siglo se desarrolló la fabricación de
vidrios en dos tipos: de sosa, cal y sílice para elaborar
objetos comunes (bombillas, vidrio plano, parabrisas y
ventanillas) y de potasa, plomo y sílice para productos de
más calidad (sistemas ópticos de microscopios,
telescopios, prismáticos, cámaras fotográficas, etcétera).
En 1915 la Corning Glass Company, en Estados Unidos,
desarrolló la fabricación del vidrio de borosilicato (12% de
óxido bórico y 80% de sílice), cuya característica de
resistencia a cambios bruscos de temperatura originó su
utilización para hornos domésticos, con el nombre
comercial de Pyrex; de aquí su aplicación para la
elaboración de cristalería de laboratorio.
Tipos de vidrio

9. Vidrios sin oxígeno
Vidrios coloreados
Sus constituyentes reducen la exposición de la luz
Color Agente colorido
Ámbar Hierro y sulfuro - manganeso y sulfuro
Negro Mezclas de Co,Mn,Ni,Fe,Cu,Cr-FeS; Mn/Co en PbO
Azul Cu2+
, Co2+
, Sulfuro en vidrios de B2
O3
Azul verdoso Fe2+
+ Fe3+
Café Mn/Fe-Ti y Fe-Ni en Na2
O; Fe/Se-Mn/Ti-Mn/Ce
Verde Cr3+
; Cu con Ti, Cr, Fe ; Fe con Cr-U-V ; Mo en P2
O5
Naranja CdS y CdSe
Púrpura Mn2+
, N, Ni en K2
O
Rojo CdS – Se/ Au-Cu-Ar en PbO
Violeta Ni2+
en K2O, Nd3+
, Mn3+
Amarillo Ni2+
en Na2O, Ce4+
, U, CdS*, Ce, Ti-Ag
Amarillo café Fe3+
3+ 2-

10. G R U P O I N G R E D I E N T E S
Con oxígeno
(óxidos)
Son complejos silicatados (Si02) en
cuya composición incluye elementos
oxidados (Na2O, CaO, Al2O3, B2O3)
Sin oxígeno
No contienen óxidos metálicos y por
lo general incluyen sulfuros y
metales.

11.  El principal constituyente de los vidrios comerciales es arenaEl principal constituyente de los vidrios comerciales es arena
de sílice (SiOde sílice (SiO22).).
 Un vidrio puede hacerse al fundir arena a una temperatura deUn vidrio puede hacerse al fundir arena a una temperatura de
1700°C y enfriarla drásticamente.1700°C y enfriarla drásticamente.
 La adición de carbonato sódico, NaLa adición de carbonato sódico, Na22COCO33, (soda ash), en una, (soda ash), en una
proporción de mezcla fundida, 75% sílice (SiOproporción de mezcla fundida, 75% sílice (SiO22) y 25% de óxido) y 25% de óxido
de sodio (Nade sodio (Na22O), reduce la temperatura de fusión a 800°C.O), reduce la temperatura de fusión a 800°C.
 Para dar estabilidad al vidrio se adicionan óxido de calcioPara dar estabilidad al vidrio se adicionan óxido de calcio
(CaO) y óxido de magnesio (MgO).(CaO) y óxido de magnesio (MgO).
 Vidrios con características diferentes emplean como materiaVidrios con características diferentes emplean como materia
prima carbonatos metálicos, como CaCOprima carbonatos metálicos, como CaCO33 ((limestone)limestone) y MgCOy MgCO33
(dolomit(dolomitaa) los cuales liberan dióxido de carbono por) los cuales liberan dióxido de carbono por
descomposición adescomposición a altasaltas temperaturas.temperaturas.
Vidrios con oxígenoVidrios con oxígeno
(comerciales)(comerciales)

12. Constituyentes principales enConstituyentes principales en
vidrios comercialesvidrios comerciales
NombreNombre
comúncomún
Nombre químicoNombre químico FórmulaFórmula
QuímicaQuímica
ComponentesComponentes
del vidriodel vidrio
SandSand
(arena de(arena de
sílice)sílice)
Sílice o DióxidoSílice o Dióxido
de Siliciode Silicio SiOSiO22 SiOSiO22
Soda AshSoda Ash
(ceniza de(ceniza de
sosa)sosa)
Carbonato deCarbonato de
SodioSodio NaNa22COCO33 NaNa22OO
LimestoneLimestone
(caliza o(caliza o
piedra depiedra de
limolimo))
Carbonato deCarbonato de
CalcioCalcio CaCOCaCO33 CaOCaO

13. SiO2 : 70-74
Na2O : 12-16
CaO: 5-11
MnO: 1-3
Al2O3: 1-3
Composición básica de losComposición básica de los
vidrios comercialesvidrios comerciales
(% en peso)

14. TipoTipo UsoUso
LimeLime
“soda-lime”
o “flint”
Por su dureza se emplea paraPor su dureza se emplea para
elaborar botellas, vidrios deelaborar botellas, vidrios de
ventana, bombillas eléctricas,ventana, bombillas eléctricas,
y un sin número de objetosy un sin número de objetos
comerciales.comerciales.
LeadLead
“crystal glass”
(<24% PbO)
“lead crystal”
(>24% PbO)
Por su gran ductilidad, índice
de refracción alto y superficie
suave y fácil de decorar se
emplean en lámparas de
neón.
Vidrios comercialesVidrios comerciales

15. El vidrio suave y el vidrio Pyrex son los más empleados enEl vidrio suave y el vidrio Pyrex son los más empleados en
laboratorios químicos, físicos y biológicos.laboratorios químicos, físicos y biológicos.
Vidrio para uso en laboratorios
El vidrio suave funde entre 600 y 800ºC y se empleaEl vidrio suave funde entre 600 y 800ºC y se emplea
generalmente para goteros, varillas de vidrio, tubos parageneralmente para goteros, varillas de vidrio, tubos para
lavado de frascos, frascos, etc.; manejable con un mecherolavado de frascos, frascos, etc.; manejable con un mechero
de bunsen, pero es atacado por las sustancias alcalinas yde bunsen, pero es atacado por las sustancias alcalinas y
no resiste los cambios térmicos.no resiste los cambios térmicos.
El vidrio Pyrex es un vidrio borosilicatado que funde entreEl vidrio Pyrex es un vidrio borosilicatado que funde entre
750 y 1100ºC; se emplea generalmente para la fabricación750 y 1100ºC; se emplea generalmente para la fabricación
de vasos de precipitados, frascos, equipo especializado,de vasos de precipitados, frascos, equipo especializado,
etc.; requiere, además del gas butano, oxígeno para poderetc.; requiere, además del gas butano, oxígeno para poder
trabajarlo; es resistente a las sustancias alcalinas y a lostrabajarlo; es resistente a las sustancias alcalinas y a los
cambios térmicos.cambios térmicos.

16. Vidrio para uso en laboratorios
(con oxígeno)
Alta Sílica Equipo y material de
laboratorio.
Fibra óptica.
Borosilicato Refractarios de cocina.
Sin boro Colimadores.
Celdas colorimétricas.
Aluminiosilicato
20% Al2O3
Tubos de combustión,
vidrios para altas
presiones, lámparas de
halógeno-tungsteno.

17. Vidrio de borosilicato
Los vidrios borosilicatados fueronLos vidrios borosilicatados fueron
desarrollados en los años veintes por losdesarrollados en los años veintes por los
laboratorios Corning, en respuesta a lalaboratorios Corning, en respuesta a la
necesidad de contar con materiales denecesidad de contar con materiales de
laboratorio con las siguientes características:laboratorio con las siguientes características:
•Resistentes al calor.Resistentes al calor.
•Soporte de cambios bruscos de temperaturaSoporte de cambios bruscos de temperatura
sin fracturarse.sin fracturarse.
• Resistentes al ataque de sustanciasResistentes al ataque de sustancias
corrosivas como algunos ácidos y álcalis.corrosivas como algunos ácidos y álcalis.

18. Composición básica del vidrio
de borosilicato
% en peso% en peso
SiOSiO22:: 70-8170-81
BB22OO33:: 7-137-13
NaNa22O:O: 3- 53- 5
AlAl22OO33:: 1- 31- 3
KK22O:O: 0.5- 10.5- 1
El vidrio borosilicatado se hace fundiendoEl vidrio borosilicatado se hace fundiendo
Borax (NaBorax (Na22BB44OO7710 H10 H22O) y (NaO) y (Na22COCO33) en la llama de) en la llama de
un sopleteun soplete

19. COMPARACIÓN DE ALGUNOS VIDRIOS CORNINGCOMPARACIÓN DE ALGUNOS VIDRIOS CORNING
Fuente: Corning Glass WorksFuente: Corning Glass Works
% en% en
pesopeso
Lead Lime Aluminio
silicato
Boro
silicato
High
Silica
High
lead
Lamp
tubing
Lamp
bulbs
Ignition
tubes
Pyrex Vycor Radiation
shielding
SiOSiO22 63 73 62 81 96 5
AlAl22OO33 1 1 17 2 0.3 3
BB22OO33 - - 5 13 3 10
NaNa22OO 7 17 1 4 4 -
KK22OO 7 - - - - -
MgOMgO - 4 7 - - -
CaOCaO - 5 8 - - -
PbOPbO 22 - - - - 83

20. COMPARASIÓN DE ALGUNOS VIDRIOS CORNINGCOMPARASIÓN DE ALGUNOS VIDRIOS CORNING
Fuente Corning Glass WorksFuente Corning Glass Works
Lead Lime Alumino
silicate
Boro
silicate
High
Silica
High
lead
TSR (°C) 19 17 28 53 202 19
UUT (°C) 380 460 650 490 1100 200
SP (°C) 625 695 915 820 1500 390
WP (°C) 985 1002 1190 1245 (1700) 985
α (10-7
/ °C) 93 92 42 33 8 104
TSR = Resistencia al choque térmico.
UUT = Máxima temperatura de trabajo.
SP .= Punto de reblandecimiento.
WP = Temperatura de moldeado.
α = Coeficiente de expansión térmica 0-300 °C

21. Lead Lime Aluminio
silicato
Boro
silicato
High
Silica
High
lead
Intemperie 2 3 1 1 1 3
Agua 2 2 1 1 1 1
Ácido 2 2 3 1 1 4
COMPARISIÓN DE ALGUNOS VIDRIOS CORNINGCOMPARISIÓN DE ALGUNOS VIDRIOS CORNING
Fuente: Corning Glass WorksFuente: Corning Glass Works
Resistencia a la corrosión
* Números altos indican mayor corrosión
(el 1 es el más resistente a la corrosión)

22. VIDRIO COMPOSICION O CARACTERISTICAS
PYREX
(Corning 7740)
*81.0% sílice
*13.0% trióxido de boro
*2.2% sesquióxido, principalmente Al2
O3
*3.6% óxido de sodio
*0.2% óxido de potasio y otros compuestos
QUICKFIT *80.0% sílice
*14.0% trióxido de boro
*4.0% óxidos de sodio, potasio y calcio
*2.0% alúmina
IVA *Borosilicato, similar a Pyrex 7740
DURAN 50 (Jena) *Borosilicato, contiene zinc
GERATEGLASS
(Jena)
*Borosilicato, contiene zinc
FIOLAX *Borosilicato

23. VIDRIO COMPOSICION O CARACTERISTICAS
VICOR (Corning
7900 y 7913)
*96.3% sílice
*2.9% trióxido de boro
*0.4% sesquióxido, principalmente Al2O3
*0.02% óxido de sodio
*0.02% óxido de potasio
*0.36% impurezas
COREX (Corning) *Aluminio-silicato, endurecido químicamente
CORNING 7280
(Libre de Boro,
resistente al
alcali)
*Sílice con un máximo de 0.2% de Boro
KIMAX KG-33
(Kimble)
*Borosilicato de bajo coeficiente de expansión
*Alta resistencia al ataque químico
*Bajo contenido de álcali
*Bajo o ningún nivel de calcio, magnesio y
metales del grupo del zinc
*Se reblandece a 827ºC. Difícilmente
erosionable.

24. Gracias
Academia Universitaria de Química