Vitrificantes

5.8.1.1.A sílica

O componente essencial do vidro consiste na sílica (Doremus, 1994: 5), presente na areia (fig.71), na forma de dióxido de silício (SiO2). Esta matéria, constitui

aproximadamente três quartos do vidro e corresponde ao elemento fundamental empregue como vitrificante. São também acrescentados outros materiais para baixar o seu ponto de fusão, endurecer, colorir e descolorir o vidro obtido.

Ao fundir, o dióxido de silício transforma-se num líquido espesso e viscoso. Se aquecermos a sílica até aos 1700°C (Pfaender, 1983: 25), obtemos um material viscoso, difícil de manusear e moldar antes de solidificar.

Desde as origens do vidro, a dificuldade existente para atingir a temperatura de fusão foi notória. Além disso, os resultados alcançados, com vista à obtenção de vidro, unicamente mediante a fusão de sílica em forma de areia, traduziam-se num material frágil, quebradiço, inapto para a execução de qualquer tipo de forma ou objecto.

Mais tarde foi possível controlar com precisão a temperatura e atingir a zona de fusão adequada para uma homogeneização dos componentes, factor que levou ao acréscimo de outros elementos químicos ao dióxido de silício (Doremus, 1994: 5). Isto permitiu o abaixamento do ponto de fusão da sílica e conferir ao vidro a dureza necessária à sua laboração.

5.8.1.2.Óxido de boro

O óxido de boro (B2O3) é também um bom formador do vidro, no entanto, é

somente utilizado em casos muito excepcionais, devido à sua elevada solubilidade (Navarro, 1985: 133). É um componente essencial para a produção de vidros neutros para

Fig. 71 - Areias quartzíticas. Fonte: http://oficina.cienciaviva.pt/~pw05 4/vidro/Areias.htm

laboratório, vidros termorresistentes de alta estabilidade a diferenças bruscas de temperatura e de fibras de vidro bem como de outros vidros especiais (Navarro, 1985: 133). É adicionado na composição de vidros sodocálcicos, em pequenas quantidades, contribuindo para acelerar a fusão, melhorar as propriedades como a estabilidade química, a resistência ao choque térmico e o índice de refracção (Navarro, 1985: 133).

5.8.1.3.Pentóxido de difósforo

Segundo Navarro (1985: 133) a utilização do pentóxido de difósforo (P2O5) na

formação do vidro é mais limitada. Tem um emprego industrial muito pequeno limitando- se à produção de vidros opala e a vidros com propriedades ópticas especiais devido à sua transparência no intervalo ultravioleta e à sua baixa transmissão no domínio infravermelho. Estes vidros de fosfato apresentam um inconveniente devido à sua elevada solubilidade (Navarro, 1985: 134). Na ausência de silício na composição e devidamente estabilizados estes vidros são resistentes ao ácido fluorídrico. Vidros com certas quantidades de pentóxido de difósforo são usados em aplicações médicas de biovidros.

5.8.1.4.Outros vitrificantes

Os óxidos de arsénico e de antimónio, também intervêm na composição do vidro como vitrificantes, embora como componentes secundários desempenhando o papel de afinadores (Navarro, 1985: 134). Outros óxidos como o de germânio, e de vanádio entre outros, apenas são utilizados em vidros especiais.

5.8.2. Fundentes

Os fundentes favorecem a formação do vidro, contribuem para a redução da temperatura de fusão da sílica e facilitam a laboração (Navarro, 1985: 135). Ao longo da história produziram-se dois tipos essenciais de vidros dependendo dos fundentes utilizados: de carácter sódico (Na2CO3 e Na2SO4) ou de carácter potássico (K2CO3), extraídos de

plantas ou de minerais, consoante a época e que resultaram no que conhecemos como vidros sódicos e vidros potássicos (Pfaender, 1993: 26).

O óxido de sódio é o óxido alcalino que entra na composição dos vidros comuns em maior proporção. Conforme Navarro (1985: 135) a matéria-prima frequentemente utilizada para introduzir o óxido de sódio no vidro é o carbonato de sódio. Na natureza o carbonato de sódio pode ser encontrado no que se chama de trona (Na2CO3.NaHCO3.2H2O) (fig.1). A necessidade de satisfazer a grande procura de

carbonato de sódio levou ao desenvolvimento do método Solvay que consiste no tratamento do cloreto de sódio com carbonato de cálcio na presença de soluções aquosas de amoníaco para formar hidrogenocarbonato de sódio que posteriormente se submete a uma descarbonatação (Navarro, 1985: 135).

NaCl + NH3 + CO2 + H2O NaHCO3 + NH4Cl

2 NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O

Do cloreto de amónio formado recupera-se o amoníaco tratando-se com hidróxido de cálcio:

2 NH4Cl + Ca(OH)2 2 NH3 + CaCl2 + 2 H2O

Os fundentes de carácter potássico foram largamente utilizados nos vidros fabricados na antiguidade. O óxido de potássio é geralmente introduzido na composição do vidro a partir do carbonato de potássio. A utilização do óxido de potássio como substituto do óxido de cálcio permite um aumento da qualidade do vidro, principalmente do brilho. Devido ao aumento do volume iónico do potássio, estes vidros são mais viscosos que os sódicos e apresentam um intervalo de trabalho maior. As utilizações dos vidros potássicos são reservadas para vidros mais nobres e aplicações especiais (Navarro, 1985: 138).

O óxido de cálcio é também utilizado como fundente, embora actue como estabilizante e em excesso pode promover a desvitrificação do vidro. O óxido de cálcio é introduzido na composição do vidro através do carbonato de cálcio existente na cal natural (Navarro, 1985: 139).

O óxido de magnésio desempenha um papel muito semelhante ao óxido de cálcio e exerce uma acção de complemento melhorando as suas propriedades. Os vidros com

magnésio são mais estáveis e basta uma pequena percentagem de MgO para diminuir a sua tendência para a desvitrificação. O óxido de magnésio é introduzido através da adição da dolomite na composição do vidro (Navarro, 1985: 140).

O óxido de bário também entra na composição do vidro como fundente. Este permite o aumento da densidade, do índice de refracção, do brilho, e melhora a sonoridade. Segundo Navarro (1985: 140) o elevado raio iónico do óxido de bário aumenta a viscosidade do vidro, tornando-o mais fácil de moldar e prolonga o período de trabalho. O óxido de bário é introduzido na composição do vidro através de produtos sintéticos puros, como o carbonato e o nitrato.

5.8.3. Estabilizantes

Os estabilizantes revelam-se necessários para proporcionar dureza à matéria vítrea (Pfaender, 1993: 26), sendo habitual acrescentar à composição do vidro óxidos de cálcio (CaO e CaCO3). Sem eles, o vidro seria um material solúvel até em água.

Alguns autores antigos referiram-se ao acréscimo de conchas moídas na areia, de modo a obter-se um vidro mais duro. Contudo, estudos recentes, resultantes da análise dos vidros encontrados nas escavações arqueológicas demonstraram que, afinal, o emprego de cal era mais frequente, tal como acontece na actualidade.

Segundo Navarro (1985: 141) os estabilizantes actuam com um carácter intermédio entre modificadores e formadores estruturais. Os mais frequentes na composição dos vidros industriais são: alumina (Al2O3), óxido de chumbo (PbO) e o óxido de zinco (ZnO).

O feldspato é a matéria-prima mais utilizada para introduzir a alumina na composição do vidro. O óxido de chumbo é adicionado na forma de tetróxido de chumbo (Pb3O4) ou como carbonato básico [2PbCO3‚Pb(OH)2], enquanto o óxido de zinco pode

ser introduzido na forma natural de Smithsonite (ZnCO3) (Navarro, 1985: 143).

5.8.4. Componentes secundários

Na composição do vidro intervêm outros constituintes em menores quantidades com certas funções: colorantes, descolorantes, opacificantes, etc (Navarro, 1985: 143). Na indústria do vidro são também adicionados como matérias-primas alguns materiais

resultantes de sobras industriais, dito casco, com a mesma composição e que funcionam como aceleradores das reacções de formação do vidro. Para além disso, a água é adicionada como elemento agregador dos grãos na mistura e actua como dissolvente dos componentes mais solúveis, especialmente o carbonato de sódio (Navarro, 1985: 144).

5.9. A cor do vidro

O vidro é dos poucos sólidos que transmite luz na região do espectro visível (Shelby, 1997: 195). As propriedades ópticas do vidro também permitem a sua aplicação em instrumentos que utilizam a luz infravermelha ou os raios ultravioletas (Doremus, 1994: 306). No entanto é pelas suas qualidades estéticas e decorativas que o vidro de cor tem uma grande aplicação.

A variedade de cores no vidro é resultado da reacção de iões de metais de transição em pequenas concentrações (Doremus, 1994: 313). Os metais ao serem dissolvidos no vidro, interagem com a luz ambiente que nele incide, transmitindo radiação num determinado comprimento de onda, característico de uma cor específica (Navarro, 1985: 469). Por exemplo a cor verde dos vidros mais comuns, de janela, de garrafas, é devida à presença de iões de ferro (Doremus, 1994: 313). No caso de taças ou objectos feitos de cristal de chumbo, o seu alto brilho é devido ao aumento da refracção da luz provocado pela adição de óxido de chumbo (PbO) (Scaglioni, 1988: 180). É essa alta capacidade de refracção da luz que é a responsável pelo grande brilho dos diamantes e do cristal de rocha (quartzo).

Os vidros podem ser coloridos mediante a adição durante o processo de preparação do vidro, de óxidos e sulfuretos metálicos ou de metais puros. Por exemplo, é utilizado o óxido de cobre e o ouro coloidal para a obtenção do vermelho; o óxido de prata, para o amarelo; o cobalto, para o azul; o magnésio, para o violeta, etc (Doremus, 1994: 313).