CARACTERÍSTICAS DEL ESTADO VÍTREO VIDRIOS O CUERPOS VÍTREOS GRAN VARIEDAD DE SUSTANCIAS QUE, AUNQUE A TEMPERATURA AMBIENTE TIENEN LA APARIENCIA DE CUERPOS SÓLIDOS, QUE LES PROPORCIONA SU RIGIDEZ MECÁNICA, NO PUEDEN CONSIDERARSE COMO TALES, YA QUE CARECEN DE LA ESTRUCTURA CRISTALINA QUE CARACTERIZA Y DEFINE AL ESTADO SÓLIDO SI POR LA ESTABILIDAD DE SU FORMA LOS VIDRIOS PODRÍAN ASIMILARSE A SÓLIDOS, DESDE EL PUNTO DE VISTA DE SU DESORDEN ESTRUCTURAL SUS SEMEJANZAS CON LOS LÍQUIDOS SON MUCHO MÁS ACUSADAS. ESTE HECHO, QUE CONSTITUYE UNA LIMITACIÓN PARA INCLUIR A LOS VIDRIOS ENTRE LOS SÓLIDOS, RESULTA SIN EMBARGO INSUFICIENTE PARA AUTORIZAR A ACEPTARLOS COMO LÍQUIDOS, SI BIEN PUEDE JUSTIFICAR LA DESIGNACIÓN DE LÍQUIDOS DE VISCOSIDAD INFINITA QUE SE LES HA APLICADO X-ray diffraction studies of glasses have shown that while glasses have short-range order, they clearly lack longrange order and can therefore be classified as solids in which the atomic arrangement is more characteristic of liquids IF A LIQUID IS COOLED RAPIDLY ENOUGH SUCH THAT THE ATOMS DO NOT HAVE ENOUGH TIME TO REARRANGE THEMSELVES IN A CRYSTALLINE PATTERN BEFORE THEIR MOTION IS ARRESTED, A GLASS IS FORMED As a consequence of their structure, glasses exhibit many properties that crystalline solids do not; most notably, 9glasses do not have unique melting points but rather soften over a temperature range. 9their viscosity increases gradually as the temperature is lowered. En un gas se mantiene prácticamente constante como corresponde a una distribución aleatoria de átomos. En el caso de líquidos y sólidos amorfos no podemos hablar de periodicidad pero se observa una fuerte modulación que efectivamente indica un cierto grado de corto alcance. En el sólido cristalino las direcciones de dispersión están perfectamente bien definidas dando lugar a las líneas típicas de difracción. SI SE PARTE DE UN CONCEPTO DE CUERPO SÓLIDO QUE PRESCINDA DE LA CRISTALINIDAD Y SE BASE EXCLUSIVAMENTE EN DETERMINADAS PROPIEDADES FÍSICAS PODRÍA APLICARSE A LOS VIDRIOS EL NOMBRE DE SÓLIDOS AMORFOS, CON TAL DE QUE ESTA DENOMINACIÓN SE RESERVARA PARA BAJAS TEMPERATURAS. POR OTRA PARTE, SE HA COMPROBADO QUE LOS VIDRIOS PRESENTAN MAYOR GRADO DE ORDENACIÓN ESTRUCTURAL (ORDEN DE CORTO ALCANCE) QUE LOS CUERPOS AMORFOS. LA ORDENACIÓN SE LIMITA A UN PEQUEÑO ENTORNO ALREDEDOR DE CADA UNO DE LOS IONES QUE FORMAN EL RETÍCULO, A DIFERENCIA DE LA PERIODICIDAD DE LARGO ALCANCE QUE GUARDA LA ESTRUCTURA DE LOS SÓLIDOS CRISTALINOS. POR ESO, PARA ESTABLECER ESTA DIFERENCIA, SE EMPLEA TAMBIÉN PARA LOS VIDRIOS, CON MAYOR ADECUACIÓN QUE EL ANTERIOR, EL NOMBRE DE SÓLIDOS NO CRISTALINOS. MATERIALES EN EL ESTADO SÓLIDO CRISTALINOS NO CRISTALINOS AMORFOS SEMICRISTALINOS PRESENTAN MAYOR LOS ÁTOMOS PRESENTAN NO EXISTE GRADO DE ADOPTAN ORDENAMIENTO UNA PARTE ORDENACIÓN DISPOSICIONES AMORFA Y PERIÓDICO, NI ORDENADAS Y ESTRUCTURAL (ORDEN DE CORTO NI DE OTRA REPETITIVAS DE DE CORTO ALCANCE) CRISTALINA LARGO LARGO ALCANCE QUE LOS CUERPOS ALCANCE AMORFOS. FORMANDO ESTRUCTURAS LA ORDENACIÓN SE TRIDIMENSIONALES LIMITA A UN PEQUEÑO PERIÓDICAS. ENTORNO ALREDEDOR EL CONOCIMIENTO DE LAS DE CADA UNO DE LOS POSICIONES ATÓMICAS IONES QUE FORMAN EL DE UNA REGIÓN NO NOS RETÍCULO, A PERMITE PREDECIR CUÁLES DIFERENCIA DE LA SERÁN LAS POSICIONES PERIODICIDAD DE ATÓMICAS EN OTRA REGIÓN LARGO ALCANCE QUE MÁS O MENOS DISTANTE EXISTE EN LA ESTRUCTURA DE LOS SÓLIDOS CRISTALINOS BUILDING BLOCK (NO EXISTE LA CELDILLA UNIDAD) LAS MOLÉCULAS DE UN VIDRIO NO ESTÁN COLOCADAS EN UN ORDEN REPETITIVO DE LARGO ALCANCE COMO OCURRE EN UN SÓLIDO CRISTALINO, SINO QUE CAMBIAN SU ORIENTACIÓN DE UNA MANERA ALEATORIA EN TODO EL SÓLIDO. EL DIÓXIDO DE SILICIO (SiO2), PRESENTA ESTA PROPIEDAD SEGÚN COMO SEA ENFRIADO, CUANDO ES CRISTALINO FORMA EL CUARZO Y CUANDO ES AMORFO FORMA EL VIDRIO DE SÍLICE. MATERIAL PLASTICO SEMICRISTALINO De una manera un tanto simplificada podríamos establecer dos grandes grupos de materiales vítreos. En uno de ellos incluiríamos las CERÁMICAS VÍTREAS basadas en los silicatos con cantidades variables de diferentes óxidos como el de sodio o el de calcio, que como veremos juegan un papel fundamental en la estructura y propiedades del vidrio. En el otro gran grupo incluiríamos los VIDRIOS METÁLICOS formados a partir de diversas aleaciones metálicas como Cu-Zr, Fe-Ni-Cr-Pb-B, que con las composiciones adecuadas y sometidas a las condiciones de enfriamiento pertinentes darán lugar a materiales no cristalinos con interesantes propiedades. EN EL CASO DE LOS VIDRIOS METÁLICOS EL ENFRIAMIENTO DEBE SER EXTRAORDINARIAMENTE RÁPIDO (MÁS DE UN MILLÓN DE GRADOS POR SEGUNDO), MIENTRAS QUE LOS VIDRIOS SILICATOS NO PRESENTAN UNA TENDENCIA A LA CRISTALIZACIÓN TAN GRANDE Y POR TANTO NO SE REQUIEREN ENFRIAMIENTOS TAN RÁPIDOS. COMPORTAMIENTO FRENTE A LA SOLIDIFICACIÓN LOS VIDRIOS CARECEN DE UN VERDADERO PUNTO DE FUSIÓN, QUE SÓLO PRESENTAN LOS SÓLIDOS CRISTALINOS Y QUE ES LA TEMPERATURA A LA CUAL LA FASE CRISTALINA COEXISTE EN EQUILIBRIO CON LA FASE FUNDIDA. LOS CUERPOS VÍTREOS PASAN DE UN MODO REVERSIBLE DE SU FORMA FUNDIDA AL ESTADO RÍGIDO O CONGELADO SIN LA APARICIÓN DE NINGUNA NUEVA FASE EN EL SISTEMA. EL PASO DE UNA FORMA A OTRA TRANSCURRE POR LO TANTO, SIN VARIAR EL NÚMERO DE GRADOS DE LIBERTAD DEL SISTEMA. REGLA DE LAS FASES Comparacion del comportamiento del volumen especifico con la temperatura de materiales cristalinos y no cristalinos. Los materiales cristalinos solidifican a la temperatura de fusion Tm. La temperatura de transicion vitrea, Tg, es una característica del estado no cristalino. F + L = C+2 LA TRANSICIÓN LÍQUIDO-SÓLIDO SE CARACTERIZA POR LA APARICIÓN DE UNA NUEVA FASE Y LA DISMINUCIÓN CONSIGUIENTE EN UNO DE SUS GRADOS DE LIBERTAD. TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA, Tg POR DEBAJO Tg SE CONSIDERA QUE EL MATERIAL ES UN VIDRIO, POR ENCIMA, PRIMERO ES UN LÍQUIDO SUBENFRIADO, Y, FINALMENTE, UN LÍQUIDO. SE TRANSFORMA DESDE UN ESTADO PLÁSTICO, BLANDO Y ELÁSTICO A UN ESTADO VIDRIOSO, QUEBRADIZO Y RÍGIDO EN UN MARGEN REDUCIDO DE TEMPERATURAS, DONDE LA PENDIENTE DE LA CURVA DEL VOLUMEN ESPECIFICO FRENTE A LA TEMPERATURA ES MARCADAMENTE DECRECIENTE. LECCION 2 - VIDRIO SIN ENTRAR EN CONSIDERACIONES ESTRUCTURALES NI CINÉTICAS, LA CAUSA QUE DETERMINA LA CONGELACIÓN DE UNA SUSTANCIA EN ESTADO VÍTREO RADICA EN EL PROGRESIVO AUMENTO DE LA VISCOSIDAD QUE SE PRODUCE DURANTE SU ENFRIAMIENTO, QUE IMPIDE LA AGRUPACIÓN ORDENADA DE SUS ELEMENTOS CONSTITUYENTES PARA FORMAR UNA RED CRISTALINA. POR OTRA PARTE, GENERALMENTE, ES RECONOCIDO QUE CASI CUALQUIER SUSTANCIA, ENFRIANDOLA SUFICIENTEMENTE RÁPIDO, PODRÍA SER OBTENIDA EN EL ESTADO VITREO. LOS LÍQUIDOS MÁS COMUNES, CUANDO ESTÁN EN ESTADO PURO Y EN FORMA DE PEQUEÑAS GOTAS, PUEDEN SER SUBENFRIADOS, ANTES DE QUE SE PRODUZCA LA CRISTALIZACIÓN ESPONTÁNEA. PUEDEN SER SUBENFRIADOS DENTRO DEL 20 POR CIENTO DE SU TEMPERATURA DE FUSIÓN ANTES DE QUE, ESPONTÁNEAMENTE, VUELVAN A LA FORMA CRISTALINA QUE ES LA TERMODINAMICAMENTE ESTABLE. OTROS LÍQUIDOS, PUEDEN SER SUBENFRIADOS, DE TAL MODO QUE NO CRISTALIZAN Y, EVENTUALMENTE, SE FORMA UN VIDRIO. LOS LÍQUIDOS QUE FORMAN VIDRIOS, SON A MENUDO, AUNQUE NO SIN EXCEPCIÓN, LOS LÍQUIDOS MUY VISCOSOS EN EL PUNTO DE FUSIÓN. LOS LÍQUIDOS QUE NO FORMAN VIDRIOS TIENEN VISCOSIDADES MUCHO MÁS PEQUEÑAS. ES IMPORTANTE SEÑALAR QUE LA DIFICULTAD QUE PUEDE PRESENTARSE EN LA FORMACIÓN DE CRISTALES, PUEDE SER DEBIDA A UNA ALTA VISCOSIDAD DEL LIQUIDO O FUNDIDO A LA TEMPERATURA DE FUSIÓN, O TAMBIÉN A LA MAGNITUD DEL CAMBIO DE REORDENAMIENTO DE LOS ÁTOMOS (CAMBIO DE LA ENTROPÍA CONFIGURACIONAL), QUE ES NECESARIO LLEVAR A CABO PARA QUE LOS CRISTALES PUEDAN FORMARSE, CUANDO SE REALIZA UN ENFRIAMIENTO A UNA VELOCIDAD NORMAL DEFINICIÓN VIDRIO LA DEFINICIÓN ADOPTADA POR LA A.S.T.M. CONSIDERA QUE UN VIDRIO ES UN PRODUCTO INORGÁNICO FUNDIDO QUE SE HA ENFRIADO HASTA UN ESTADO RÍGIDO SIN EXPERIMENTAR CRISTALIZACIÓN. SI ÚNICAMENTE SE CONSIDERAN SUS PRINCIPALES PROPIEDADES TÉCNICAS, EL VIDRIO COMÚN PUEDE DEFINIRSE COMO UN PRODUCTO INORGÁNICO NO CRISTALINO, CONSTITUIDO PREDOMINANTEMENTE POR SÍLICE (UN VIDRIO TÍPICO DE CAL Y SOSA ESTA FORMADO POR APROXIMADAMENTE 70 % EN PESO DE SiO2, EL RESTO ES PRINCIPALMENTE Na2O Y CaO) , DURO, FRÁGIL Y TRANSPARENTE, DE ELEVADA RESISTENCIA QUÍMICA Y DEFORMABLE A ALTA TEMPERATURA. MOREY PROPONE LA SIGUIENTE DEFINICIÓN: UN VIDRIO ES UNA SUSTANCIA INORGÁNICA EN UNA CONDICIÓN ANÁLOGA A LA DE SU ESTADO LÍQUIDO Y CONTINUA CON ÉSTE, QUE, COMO CONSECUENCIA DE UN CAMBIO REVERSIBLE EN SU VISCOSIDAD DURANTE EL ENFRIAMIENTO, HA ALCANZADO UN GRADO DE VISCOSIDAD TAN ELEVADO COMO PARA PODER CONSIDERARSE RÍGIDA A EFECTOS PRÁCTICOS. LA COMISIÓN DE TERMINOLOGÍA DE LA ACADEMIA RUSA DE CIENCIAS NO ESTABLECE NINGUNA EXCLUSIÓN BASADA EN LA CONSTITUCIÓN QUÍMICA Y ENUNCIA QUE BAJO LA DENOMINACIÓN DE VIDRIO SE DESIGNAN TODOS LOS SÓLIDOS AMORFOS OBTENIDOS POR ENFRIAMIENTO DE UNA MASA FUNDIDA, CUALQUIERA QUE SEA SU COMPOSICIÓN QUÍMICA Y LA ZONA DE TEMPERATURA EN LA QUE TIENE LUGAR LA SOLIDIFACIÓN. DEBIDO AL AUMENTO DE VISCOSIDAD DURANTE EL ENFRIAMIENTO, LOS VIDRIOS ADQUIEREN ALGUNAS PROPIEDADES DE LOS SÓLIDOS. LA TRANSICIÓN DEL ESTADO LÍQUIDO AL ESTADO VÍTREO HA DE SER REVERSIBLE.