La Chimica e la Fisica del Vetro

Perchè il vetro, e di conseguenza le vetrate artistiche sono così speciali? Abbiamo avuto modo di vedere la bellezza del vetro soffiato a bocca, ma quali sono le caratteristiche intrinseche del vetro, chimiche e fisiche, che lo rendono unico? Le vediamo in questo articolo.

La molecola di base del vetro è la Silice (SiO2, cioè un atomo di silicio e due di ossigeno) La cosa bella di questa molecola è che ci ricorda un po’ quella dell’acqua (H2O) dove al posto del silicio abbiamo l’ossigeno e al posto dei due atomi di ossigeno abbiamo due atomi di idrogeno. Pensiamo allo stato solido dell’acqua: grazie all’abbassamento della temperatura le molecole si dispongono ordinatamente formando una “cristallo” cioè il ghiaccio; mentre se pensiamo all’acqua liquida sappiamo che le molecole sono svincolate l’una dall’altra, con legami deboli tra loro… una gran confusione di molecole disordinate.

Per la silice può accadere la stessa cosa (ovviamente con processi e a temperature e condizioni differenti) posiamo trovarla in forma di Quarzo, Cristallo trasparente o semitrasparente dove tutte le molecole di SiO2 sono disposte ordinatamente. Oppure possiamo trovarlo con le molecole disposte in maniera caotica ma questa volta non allo stato liquido, bensì solido, come nelle Ossidiane e nel Vetro.

In realtà non è un vero e proprio stato solido, è come se il “liquido di silicio” raffreddandosi non si sia cristallizzato (come accade con l’acqua) ma le sue molecole siano rimaste intrappolate nella disposizione disordinata creando un composto che, con un termine tecnico, definiamo “amorfo”. In sostanza il vetro è un liquido con una viscosità elevatissima che sta colando ma lo sta facendo in un tempo quasi infinito. La dimostrazione che le molecole di silicio stanno ancora scorrendo una sull’altra, cioè hanno ancora una piccolissima libertà di movimento, la possiamo avere prendendo antichissime tessere di vetro poste in verticale e constatando che lo spessore alla base è maggiore (seppure di pochissimo) dello spessore in cima.

Da un punto di vista “romantico” o filosofico, possiamo dire che per il vetro è come se il tempo stia scorrendo lentissimo, grazie alla vetrificazione, caratteristica di alcuni materiali che, possono attraverso particolari processi, trovarsi in questa forma “amorfa” (un altro esempio è il Borace, tetraborato di sodio).

Per agevolare la formazione del vetro partendo dalla silice, un composto stabile e resistente, nei secoli sono state messe a punto particolari ricette (cioè selezione dei prodotti di partenza, tempi e temperature di fusione) che ci consentono di controllare le caratteristiche fisiche, in particolare il colore del materiale (ovviamente queste tecniche ad oggi sono molto complesse e qui facciamo una veloce semplificazione).

Formatori: composti base che riescono a formare il vetro da soli, come la silice, oppure altri che formano vetro se uniti ai primi.

Flussanti: Ossidi alcalini o ossido di piombo (ora meno utilizzato) che servono ad abbassare la temperatura di fusione della miscela di polveri che poi porterà alla formazione del vetro (anche chiamati bassofondenti).

Modificatori di proprietà: Ossidi Alcalino Terrosi, Ossidi di metalli di transizione e allumina. Per modificare il colore si usano ossidi di metalli di transizione, ossidi di terre rare, oppure colloidi, come oro, argento, zolfo, che formano particelle nanometriche che vanno a disperdersi nel materiale amorfo ma non ne fanno parte. per decolorare è possibile aggiungere lo zircone che inibisce il potere colorante di alcuni ossidi di terre rare.

Affinanti: promuovono la rimozione delle bolle dal fuso.

Il motivo del diverso costo di alcune lastre di vetro soffiato rispetto ad altre, è quindi per la diversa composizione, basti pensare che in alcune per otenere un particolare color magenta viene utilizzato l’oro, o per un particolare giallo viene utilizzato l’argento.

La presenza di ferro (Fe2+ e Fe3+) dona al vetro la colorazione verde tipica delle bottiglie, Gli ioni di Rame donano un colore blu (Cu2+) oppure rosso (Cu+), il cobalto (Co3+) può determinare una colorazione rosa o blu a seconda della matrice vetrosa che lo circonda, mentre gli ossidi di terre rare se aggiunti danno al vetro una colorazione gialla o violetta a seconda del composto utilizzato (Ce2+ Nd3+, rispettivamente cerio e neodimio).

Anche la grisaglia abbiamo visto è polvere di vetro, almeno in origine, ricca di ossido di piombo bassofondente. Insomma alla base della vetrata artistica c’è una scienza, chimica e fisica, molto particolare che spero vi abbia incuriosito, anche se forse alcune cose sono di difficile comprensione nonostante l’argomento sia stato trattato veocemente.

E’ comunque un altro tassello per guardare le vetrate artistiche in modo diverso, dando loro tutto il valore che meritano quando vengono realizzate come da antica tradizione vetraria.

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