El Vidrio
Obtención del vidrio y las diversas variedades que hoy se
conocen. Compare químicamente con el cemento. ¿Como se
puede explicar el proceso de fraguado de este último?.
Índice
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Introducción
Reseña histórica
¿Qué es el Vidrio?
Propiedades Térmicas
Fabricación del Vidrio
Materias primas para la fabricación del vidrio
Tipos de Vidrio y sus aplicaciones
¿Qué es el Cemento?
Proceso de Fabricación
Fraguado y Endurecimiento del Cemento
Introducción
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Utilizado constantemente desde los tiempos
del antiguo Egipto.
Relativamente fácil de producir.
Producto sofisticado que exige tecnología
moderna y avanzada.
Reseña histórica
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Descubierto aproximadamente 2.500 años a.c., en Egipto y en
Mesopotamia.
En el año 1.500 a.c. aparecieron los primeros objetos.
El descubrimiento del soplado fue la primera gran innovación vidriera,
en Palestina y Siria.
Siglo XI, Venecia capital en la fabricación del vidrio.
Siglo XIX, con la revolución industrial se introdujeron las primeras
máquinas de automatización de la producción de vidrio.
En el siglo XX es cuando se convirtió en una industria de masa.
¿Qué es el Vidrio?
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El Vidrio es una sustancia
amorfa.
Se halla en un estado vítreo.
Duro, frágil y transparente
Punto de fusión 1.500 ºC de
temperaturas con boratos o
fosfatos.
Lo componen 3 sustancias
comunes como lo son : arena
de sílice (SiO2), carbonato
sódico (Na2CO3) y caliza
(CaCO3), con boratos o
fosfatos.
Se encuentra en la naturaleza,
por ejemplo como obsidiana o
tectitas.
Es un material apto para ser
reciclado.
Propiedades Térmicas
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Dentro de las propiedades térmicas podemos definir cuatro
temperaturas de referencia en función de la viscosidad del vidrio.
El punto de trabajo, donde la viscosidad del vidrio caliente es lo
suficientemente baja como para poder darle forma utilizando métodos
ordinarios.
El punto de reblandecimiento, temperatura a la cual el vidrio empieza a
deformarse de manera visible.
El punto de recocido, es cuando las tensiones internas existentes son
desvanecidas, y que corresponde a la temperatura más alta de recocido.
El punto de deformación, es donde el vidrio es un sólido rígido y
puede enfriarse rápidamente sin introducir ningún tipo de tensiones
externas.
Fabricación del Vidrio
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La fabricación del vidrio, para cualquier tipo de vidrio, es siempre la
misma en lo único que difiere es la calidad del material usado para la
fabricación de este, las etapas del proceso son:
Preparación de las materias primas.
Fusión.
Formado del Vidrio
Recocido
Acabado
Esquema industrial general del proceso de fabricado del
vidrio.
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El calor descompone los carbonatos dando óxido de sodio (Na2O), óxido
de calcio (CaO) y desprende dióxido de carbono (CO2(g) ) , según:
Na2CO3
CaCO3
calor
calor
Na2O+ CO2(g)
CaO+ CO2(g)
El Na2O y el CaO reaccionan con el SiO2 obteniéndose:
calor
Na2O+CaO+6SiO2
Na2O o CaO o 6SiO2
Al enfriar dan una masa homogénea, amorfa y transparente, sin punto de
fusión definido.
El vidrio de gran calidad y transparencia, el "cristal",contiene SiO2, K2O
y PbO.
El "pyrex" es 80% SiO2,; 12% B2O3; 5% Na2O; 3% Al2O3 , y posee un
bajo coeficiente de dilatación que le confiere gran resistencia a los
cambios de temperatura.
Materias primas para la fabricación del vidrio
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ARCILLAS( Ejemplo
Al2O3.2 SiO2.2H2O):
CARBONATO SÓDICO
(Na2CO3):
PIEDRA CALIZA (CaO):
B2O3:
PbO:
Colorantes:
Estructura del silicoaluminato en una
arcilla
Esta es la estructura del vidrio común
Tipos de Vidrio y sus
aplicaciones
1.
Vidrio soluble
2.
Vidrio sodocálcico
3.
Vidrio al plomo
4.
Vidrio de borosilicato
5.
Vidrio tensionado
6.
Vidrio fotosensible
7.
Vidrio fotocromático
8.
Vitrocerámica
9.
Fibra de vidrio
10.
Otros tipos de vidrio
Fabricación del vidrio plano
¿Qué es el Cemento?
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Químicamente el cemento es un material inorgánico
finamente pulverizado, que al agregarle agua, ya sea sólo o
mezclado con arena, grava u otros materiales similares,
tiene la propiedad de fraguar y endurecer, incluso bajo el
agua, en virtud de reacciones químicas durante la
hidratación y que, una vez endurecido, conserva su
resistencia y estabilidad.
Componentes de cemento
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Caliza
Arcilla
Arena
Mineral de Hierro
Yeso: es usado para regular el fraguado y así retardarlo
Fraguado y endurecimiento de
la pasta de cemento
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1.
2.
Proceso físico - químico derivado de la reacción química del
agua con las fases mineralizadas del clinquer y que en su
primera etapa incluye la solución en agua de los compuestos
anhidros del cemento, formando compuestos hidratados.
El endurecimiento de la pasta de cemento muestra
particularidades que son de interés para el desarrollo de obras
de ingeniería:
La reacción química producida es exotérmica, con
desprendimiento de calor, especialmente en los primeros días.
Durante su desarrollo se producen variaciones de volumen, de
dilatación si el ambiente tiene un alto contenido de humedad o
de contracción si este es bajo.
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Al amasarse el cemento con el agua, los primeros
componentes en hidratarse son los no silicatados
(Al2O3. 3 CaO, aluminato tricálcico --> Al2O3.
Fe2O3 4 CaO, alumino ferrito tetracálcico-->
Fe2O3. 2 CaO, ferrito dicálcico).Esta reacción es la
responsable del fraguado de la mezcla, al formarse
un gel que envuelve los granos.
Sin embargo, el endurecimiento final de la mezcla,
se debe a la hidratación de los componentes
silicatados (SiO2. 3 CaO, silicato tricálcico y SiO2.
2 CaO, silicato dicálcico).
Reacciones de hidratación
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Las reacciones de hidratación, que forman
el proceso de fraguado son:
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2(3CaOSiO2) + 5H2O → 3CaO2SiO2xH2O + 3Ca(0H)2
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2(2CaOSiO2)+ 3H2O → 3CaO2SiO2xH2O + Ca(0H)2
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2(3CaOAl2O3)+ 10H2O → 4CaOAl2O3xH2O + 2CaOAl2O38H2O
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3CaOAl2O3 + 12H2O + Ca(0H)2 → 4CaOAl2O313H2O
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4CaOAl2O3Fe2O3
+ 7H2O
→
3CaOAl2O36H2O + CaOFe2O3H2O
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Estas reacciones son todas exotérmicas. La más isotérmica
es la hidratación de 3CaOAl2O3, seguida de la de
3CaOSiO2, y luego 4CaOAl2O3Fe2O3 y finalmente
2CaOSiO2.
Conclusión
Química de vidrio v/s Química del cemento