L ARTE DI MURANO Preparazione di vetri colorati

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1 Università degli Studi di Genova Dipartimento di chimica e chimica industriale Progetto Lauree Scientifiche Laboratori Regionali Scienza dei Materiali L ARTE DI MURANO Preparazione di vetri colorati Dr. Riccardo Carlini

2 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.

3 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. Forma cristallina Forma amorfa 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.

4 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.

5 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.

6 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+ ) blu luminoso Gli ioni rameosi (Cu+) rosso Il Co3+ blu o rosa a seconda della matrice vetrosa da cui è circondato (tipico dei vetri per saldatori o delle bottiglie blu) Gli ossidi delle terre rare impartiscono al vetro un intensa colorazione: Ce2+ gialla e il Nd3+ violetto.

7 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.

8 Materiali SiO2, B2O3, Na2CO3, CeO, MnO, Nd2O3, CuO, FeO, Fe2O3, Co2O3 Crogiolo refrattario Mortaio e pestello in porcellana Bilance Procedura Pesare separatamente su foglio di carta 4 g di silice, 5 grammi di anidride borica, 8 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.

9 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