Il Vetro


E' difficile definire il "vetro" da un punto di vista scientifico: esso, infatti, sfugge alle più comuni suddivisioni della materia.  Più facile, invece, è definire "il vetro" da un punto di vista merceologico in quanto, soprattutto in questi ultimi anni, se ne sono vagliate le più disparate proprietà e si conosce abbondantemente il suo comportamento nelle più diverse applicazioni

 

Struttura della Silice Vetrosa

Il vetro come materiale al servizio della civiltà umana è noto fino dall'antichità più remota e la sua prima comparsa nel mondo si perde nella leggenda. Indubbiamente ha rappresentato un elemento importante sia nella civiltà egiziana che nella civiltà siriana.
Già nella preistoria l'uomo conosceva l'ossidiana, una pietra vetrosa di origine vulcanica, originata per rapido raffreddamento della lava. Con l'ossidiana venivano fabbricati armi e utensili.
Essa aveva un aspetto traslucido, di color nero o verde scuro, quasi mai trasparente.
Le ipotesi sull'origine del vetro artificiale sono molteplici e comunque non sufficientemente suffragate da prove pervenute ai giorni nostri ma da notizie tramandate. Le prime notizie quasi certe sulla sua fabbricazione si fanno risalire intorno al 3000 a.C.
Probabilmente i primi manufatti in nuclei cristallini coperti da un sottile strato vetroso di colore azzurro ed azzurro-verde furono prodotti in Mesopotamia per imitare le pietre dure. Nel 2000 a.C., secondo varie fonti, l'arte del vetro era già fiorente anche in Egitto e in diverse regioni dell'Asia.
Alcune notizie sulla lavorazione del vetro in India e in Cina, con produzione limitata alla fabbricazione di piccoli vasi, soprattutto per unguenti sono databili intorno al 1000-500 a.C.
L'invenzione della canna da soffio viene fatta risalire intorno al 20 a.C.
Nel periodo I-IV d.C. la produzione vetraria raggiunge il massimo splendore nell'Impero romano. Il vetro è ormai un materiale di uso comune; si fabbricano vasi, bottiglie e si ha notizia anche delle prime lastre.
Negli anni 400-600 d.C. vi fu il periodo bizantino (nel V-VII secolo di sviluppò il mosaico e del vetro colorato) ad opera di maestranze bizantine.
Nel 700-800 d.C. anche la civiltà islamica porta il suo contributo alla fabbricazione del vetro.
Nel IX secolo inizia la lavorazione del vetro a Venezia che rimarrà il punto di riferimento europeo per questa tecnica per circa 8 secoli.
Nel 1291, al fine di evitare pericoli di incendi, la lavorazione del vetro viene confinata nell'isola di Murano.Nel 1369 si ha la prima notizia della lavorazione degli specchi a Murano. Alla metà del XV secolo risale l’invenzione a Murano ad opera di Angelo Barovier del cristallo, un vetro così limpido e decolorato da essere computabile al cristallo di rocca. Nel 1568 sono presenti nell'isola 46 fabbriche di vetro.
Nel 1612 viene pubblicata a Firenze l'opera di Antonio Neri "L'arte vetraria", il primo testo scritto per la produzione del vetro.
Nel XVII secolo inizia la produzione del vetro scientifico e ottico e lo sviluppo dell'arte del taglio e sorge la prima fabbrica di specchi in Francia a Cherbourg.
Nei secoli XVII-XVIII sviluppo dell'arte vetraria in Inghilterra, nei Paesi Bassi ed in Boemia dove vengono messe a punto nuove composizioni (cristallo di Boemia).

Nel 1825 nasce a Boston la prima fabbrica americana di vetro.
Nel 1881 vi fu la fondazione del primo laboratorio scientifico per vetro a Jena.
Il tiraggio delle lastre per via meccanica avviene intorno al 1899.
L'invenzione del vetro di sicurezza avviene intorno al 1928.
Nel XX secolo fiorisce la ricerca scientifica nel campo del vetro e si moltiplicano gli istituti di controllo e di studio in tutto il mondo.
Nel 1931 prende piede l'utilizzo dei blocchi di vetro e delle fibre di vetro in edilizia.
Nel 1948 inizia la produzione in serie di tubi per televisori.
Nel 1954 viene istituita a Murano la Stazione Sperimentale del Vetro.
Negli anni ’60 è brevettato il processo float per la produzione di lastre di vetro.

Cos’è il vetro e come si forma
La silice (sabbia) fonde a temperatura elevata (1723°C) e dà luogo, per raffreddamento rapido ad un solido amorfo (vetro silice). Il vetro di sola silice rammollisce a temperatura molto alta per dare un liquido molto viscoso, quindi le molecole scorrono con estrema difficoltà le une sulle altre.
Per abbassare la temperatura di rammollimento e quindi la temperatura di lavorazione, si devono rompere alcuni collegamenti tra le molecole di silice. Ciò si ottiene introducendo nel reticolo atomi che lo modificano come ad esempio il sodio.
In tal modo il vetro diventa più facilmente liquido a temperatura più bassa. Questi atomi vengono chiamati fondenti o modificatori di reticolo. Si può così già notare che il vetro è composto da formatori di reticolo o vetrificanti (come la silice si comportano anche altri ossidi quali il boro, l’allumina, ecc.) e modificatori di reticolo  (comportamento analogo a quello del sodio si riscontra anche con l'ossido di calcio, potassio, il bario, il piombo, il magnesio ecc.).

Fusione del vetro
Per ottenere il vetro è necessario fondere una miscela di materie prime (minerali) che contengono i vetrificanti e i fondenti. Quindi, per produrre vetro composto di silice, sodio e calcio, bisogna preparare una miscela di sabbia (SiO2), soda (carbonato di sodio Na2CO3) e marmo (carbonato di calcio CaCO3).
Durante il riscaldamento avvengono i seguenti fenomeni:

1. Decomposizione dei carbonati
Carbonato di sodio (Na2CO3, soda) ® Ossido di sodio (Na2O) + Anidride carbonica (CO2)
Carbonato di calcio (CaCO3 marmo) ® Ossido di calcio (CaO) + Anidride carbonica (CO2)

2. Reazione
Gli ossidi di sodio e calcio reagiscono con la silice formando un composto iniziale (silicato di sodio e di calcio) che è liquido a bassa temperatura (circa 850°C).

3. Dissoluzione
Il liquido formato dal silicato di sodio e calcio scioglie progressivamente i grani di silice rimasti, diventando sempre più viscoso; è quindi necessario alzare la temperatura fino alla dissoluzione completa della sabbia.

4. Affinaggio
Parte dell’anidride carbonica ottenuta dalla decomposizione dei carbonati rimane nel vetro sotto forma di bolle. E’ quindi necessario aumentare ancora la temperatura del vetro ottenuto per poterlo liberare dalle bolle rimaste; le più piccole saranno riassorbite dal vetro stesso nel successivo abbassamento di temperatura (chiamato "Morta") che precede la lavorazione.
Naturalmente non è sufficiente fondere una qualsiasi miscela di vetrificanti e fondenti per avere un buon vetro. Ogni componente dà al vetro finito delle caratteristiche che sono tanto più evidenti quanto più grande è la quantità del componente stesso che viene introdotto nella miscela.
Queste caratteristiche o proprietà impartite dai componenti il vetro, possono essere misurate in modo da poter ottenere dei numeri che consentono di classificare il vetro stesso.
Il vetro fuso, una volta affinato, è pronto per la lavorazione con differenti metodi a seconda della forma e dell'utilizzo che ne verrà fatto.