L’ARTE DI MURANOPreparazione di vetri colorati

Università degli Studi di GenovaDipartimento di chimica e chimica industriale

Progetto Lauree ScientificheLaboratori Regionali

2009-2010Scienza dei Materiali

Dr. Riccardo Carlini

Il vetro si formò, inizialmente, in modo naturale a seguito di fenomeni

terrestri che portarono ad innalzamenti repentini della temperatura

ed alla fusione di sabbia, quarzo e rocce silicee. Si suppone che a

scoprire questo materiale fossero stati i Fenici, i quali, accendendo

grandi fuochi sulle rive del fiume Belo in Siria provocarono la fusione

di blocchi di nitrato di sodio e diedero origine a granuli di materiale

duro e semitrasparente. Da Alessandria, centro principale della

produzione e dello sviluppo di nuove tecniche, le conoscenze e i

manufatti vennero esportati in Grecia e a Roma. L'Impero Romano,

con la sua intensa attività commerciale e la sua politica

espansionistica, contribuì enormemente alla diffusione della tecnica

vetraria. Furono, infatti, i Romani che incominciano ad introdurre

questo materiale nell'architettura: le ville d’età imperiale ed i

maestosi edifici pubblici sono impreziositi da questo materiale ormai

prodotto in diverse forme e colori.

“il vetro è uno stato della materia che mantiene l’energia, il volume e l’arrangiamento atomico di un liquido, ma per la quale i cambiamenti di energia e volume con la temperatura e pressione sono simili in grandezza a quelli di un solido cristallino”.

La struttura dei vetri può essere vista come un insieme di atomi che, a differenza dei solidi cristallini, non sono disposti in modo ordinato e periodico: nei vetri manca l’ordine a lungo raggio degli atomi, come si vede in Figura dove sono mostrate le strutture della silice cristallina e di quella vetrosa o amorfa.

Forma cristallina

Forma amorfa

Gli ossidi che costituiscono il vetro sono classificati come

formatori o modificatori. Gli ossidi formatori (ad esempio

B2O3, GeO2, P2O5) sono costituiti da elementi che entrano nel

reticolo del vetro. I modificatori (ad esempio gli ossidi dei metalli

alcalini Na2O, K2O e alcalino terrosi MgO, CaO) rompono la

continuità del reticolo modificando drasticamente le proprietà

chimiche e fisiche del vetro: abbassando la temperatura di

transizione vetrosa rendono il vetro lavorabile a temperature

inferiori. Il triossido di diboro, o anidride borica, B2O3, è presente

come componente essenziale nei vetri resistenti alle escursioni

termiche (vetro pyrex) e negli smalti. La presenza di piccole

quantità di anidride borica nei vetri impartisce brillantezza, migliora

la resistenza chimica, riduce il coefficiente di dilatazione e facilita

la fusione e l’affinaggio.

E’ possibile impartire ai vetri un colore particolare aggiungendo

costituenti secondari, come ossidi metallici e di ossidi di metalli

di transizione, che raramente superano il 10% della massa totale

e spesso sono presenti in concentrazioni minori del 5%. Per

l’ottenimento di vetri opachi, invece, è necessario unire ai

reagenti una sostanza immiscibile che si disperderà finemente

all’interno del vetro diffondendo la luce ed impedendone la sua

trasmissione attraverso il vetro.

Il ferro, ad esempio, impartisce una colorazione verde al vetro in

quanto è presente solitamente come miscela di ioni ferrosi (Fe2+),

che colorano di blu il vetro e di ioni ferrici (Fe3+), che lo colorano di

giallo; l'effetto combinato dei due ioni è il familiare colore verde

delle bottiglie.

Gli ioni rameici (Cu2+ ) danno al vetro un colore blu luminoso,

mentre gli ioni rameosi (Cu+) un colore rosso.

Il Co3+ può dare una colorazione blu o rosa a seconda della matrice

vetrosa da cui è circondato.

L’aggiunta degli ossidi delle terre rare impartisce al vetro

un’intensa colorazione: ad esempio il Ce2+ conferisce una

colorazione gialla e il Nd3+ rende il vetro violetto.

I due fattori principali che controllano lo stato d’ossidazione dei

metalli di transizione sono quindi le condizioni redox della fornace

e le reazioni redox fra i vari ioni dei metalli di transizione presenti

nel fuso.

ATTIVITÀ PRATICA

Gli studenti peseranno quantità diverse di ossidi in polvere, li

misceleranno e li introdurranno in crogioli per il trattamento

termico.

Un esercitatore porrà i campioni in un forno ad elevata

temperatura (1000°C) nel quale si avrà la fusione delle polveri.

Al termine del trattamento l’esercitatore estrarrà il crogiolo dal

forno e verserà il liquido su lastra di alluminio o in stampi di

grafite per favorirne un rapido raffreddamento.

Gli studenti potranno osservare le diverse colorazioni impartite

da ossidi diversi e la diversa intensità del colore a seconda della

quantità di ossido di metallo di transizione aggiunto.

Materiali

SiO2, B2O3, Na2CO3, CeO, MnO, Nd2O3, CuO, FeO, Fe2O3, Co2O3

Crogiolo refrattarioMortaio e pestello in porcellanaBilance

Procedura

Pesare separatamente su vetro d’orologio 7.8 g di silice, 10.1 grammi di anidride borica, 15.9 g di carbonato di sodio. Unire le tre sostanze nel mortaio e amalgamarle con il pestello fino ad ottenere una polvere sottile. Usare dei movimenti rotatori e non percussivi per evitare che la silice, molto volatile, si disperda nell’ambiente circostante. Introdurre la miscela polverizzata nel crogiolo refrattario e porlo in muffola a 1000°C per mezz’ora circa. Estrarre con le pinze il crogiolo dalla muffola e colare il materiale fuso sulla lastra di alluminio. Reinserire il crogiolo in muffola per evitare che si frantumi a causa della forte escursione termica. Attendere la solidificazione ed il raffreddamento dei vetri. Caratterizzare macroscopicamente il prodotto.

Buon Lavoro !

“Si usa uno specchio di vetro per guardare il viso e si usano le opere d’arte per guardare la propria anima”

George Bernard Shaw