El vidrio de cal sodada , también llamado vidrio de sílice, cal sodada , es el tipo de vidrio más frecuente , utilizado 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 sodocálcico, a diferencia del vidrio de borosilicato más común . [1] El vidrio sodocálcico representa aproximadamente el 90% del vidrio fabricado. [2] [3]
El proceso de fabricación del vidrio sodocálcico consiste en fundir las materias primas , que son la sílice, la sosa, la cal (en forma de (Ca(OH) 2 ), la dolomita (CaMg(CO 3 ) 2 , que proporciona el óxido de magnesio. ) y óxido de aluminio, junto con pequeñas cantidades de agentes clarificantes (por ejemplo, sulfato de sodio (Na 2 SO 4 ), cloruro de sodio (NaCl), etc.) en un horno de vidrio a temperaturas locales de hasta 1675 °C. [4] La temperatura sólo está limitada por la calidad del material de la estructura del horno y por la composición del vidrio. En lugar de productos químicos puros se suelen utilizar minerales relativamente económicos como trona , arena y feldespato . Las botellas verdes y marrones se obtienen a partir de materias primas que contienen óxido de hierro. La mezcla de materias primas se denomina lote .
El vidrio sodocálcico se divide técnicamente en vidrio utilizado para ventanas, llamado vidrio plano , y vidrio para envases, llamado vidrio para envases . Los dos tipos se diferencian por la aplicación, el método de producción ( proceso de flotación para ventanas, soplado y prensado para contenedores) y composición química. El vidrio plano tiene un mayor contenido de óxido de magnesio y óxido de sodio que el vidrio para envases, y un menor contenido de sílice, óxido de calcio y óxido de aluminio . [5] Del menor contenido de iones altamente solubles en agua (sodio y magnesio) en el vidrio para envases se debe su durabilidad química ligeramente mayor frente al agua, necesaria especialmente para el almacenamiento de bebidas y alimentos.
El vidrio sodocálcico es relativamente económico, químicamente estable, razonablemente duro y extremadamente trabajable. Debido a que puede reblandecerse y fundirse numerosas veces, es ideal para el reciclaje de vidrio . [6] Se utiliza con preferencia a la 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 hacen que sea difícil trabajar con ella. [7] Por lo tanto, se añaden otras sustancias para simplificar el procesamiento. Uno es la "soda", u óxido de sodio (Na 2 O), que se añade en forma de carbonato de sodio o precursores relacionados. La soda reduce la temperatura de transición vítrea. Sin embargo, la soda hace que el vaso sea soluble en agua , lo que normalmente no es deseable. Para proporcionar una mejor durabilidad química, también se añade " cal ". Se trata de óxido de calcio (CaO), obtenido generalmente de la piedra caliza . Además, el óxido de magnesio (MgO) y la alúmina, que es óxido de aluminio (Al 2 O 3 ), contribuyen a la durabilidad. El vidrio resultante contiene aproximadamente entre un 70 y un 74% de sílice en peso.
El vidrio sodocálcico experimenta un aumento constante de viscosidad al disminuir la temperatura, lo que permite operaciones de precisión cada vez mayor. El vidrio se puede transformar fácilmente en objetos cuando tiene una viscosidad de 10 4 poises , que normalmente se alcanza 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 endurecido, el vidrio sodocálcico puede recocerse para eliminar tensiones internas en aproximadamente 15 minutos a 10 14 poises, cerca de 500 °C. La relación entre viscosidad y 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 vasos de soda y cal. A menos que se indique lo contrario, las composiciones del vidrio y muchas propiedades determinadas experimentalmente se han tomado de un gran estudio. [5] Los valores marcados en cursiva se han interpolado a partir de composiciones de vidrio similares (ver cálculo de las propiedades del vidrio ) debido a la falta de datos experimentales.