l’arte di murano preparazione di vetri colorati
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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
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