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Studio del Vetro nell'Antichità

di Corrado Palmiero

Generalita' sulla composizione chimica del vetro


Le fonti di Silice - Commercio del Vetro

Il vetro antico e tradizionale è un materiale silicatico amorfo (non cristallino), caratterizzato dal fatto che lo stato amorfo o vetroso della materia non possiede un ordine strutturale caratteristico, come invece le sostanze solide cristalline.
Le sostanze solide cristalline, formate cioè da un insieme di particelle elementari (ioni, atomi, molecole) si hanno quando il raffreddamento avviene lentamente, dando luogo a reticoli tridimensionali con varie forme geometriche regolari; Quindi, la formazione e le caratteristiche di una struttura cristallina dipendono dalla rapidità e dalle condizioni del processo di solidificazione, da fattori come la composizione del fluido, la temperatura, la pressione. Ad esempio gli stessi fluidi che quando solidificano gradualmente in profondità nella crosta terrestre formano il granito, quando vengono eruttati in superficie come lava vulcanica e si raffredda rapidamente, forma una roccia vetrosa chiamata ossidiana.
Anche le masse silicatiche artificiali, cioè i vetri comuni, assumono facilmente durante la solidificazione lo stato vetroso. Lo stato amorfo “vetro”, si ottiene raffreddando velocemente la massa fusa, il raffreddamento riduce la mobilità delle molecole del materiale prima che possano stabilizzarsi in una condizione ordinata, dando così origine a uno stato metastabile intermedio, in cui la massa non cristallizzata, rimane in uno stato di “sovrafusione o sovrariscaldamento” anche a temperature inferiori a quelle di fusione.
Il vetro è quindi una massa silicatica che si è solidificata senza cristallizzarsi, mantenendo, quando è un vetro perfetto, cioè senza difetti come ad esempio: bolle e microfratture, uno stato amorfo, omogeneo e isotropo.

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Il componente fondamentale del vetro antico è la silice, definita componente “vetrificante” o “ formatore del reticolo”, costituito da tetraedri, con un atomo di silicio al centro circondato da quattro atomi di ossigeno, disposti in modo disordinato. La silice si trova in natura soprattutto nella sua forma cristallina: il quarzo e nelle sabbie quarzifere; il punto di fusione del quarzo puro è di circa 1700° C. In antichità quando i forni raggiungevano temperature di circa di 1000° C, era necessario miscelare con altri componenti detti “fondenti”, capaci di modificare alcune caratteristiche fisico chimiche. I fondenti costituiti da composti alcalini, definiti anche “modificatori di reticolo”, favoriscono la fusione a temperatura relativamente molto più bassa, ma nello stesso tempo creano vetri facilmente alterabili. Per questo era necessario miscelare il fuso ottenuto dalla “silice” e i “fondenti” con degli “stabilizzanti”.
Il fondente maggiormente usato in epoca romana era il “natron” , carbonato idrato di sodio (Na2CO3) , una miscela di sali costituita prevalentemente dal minerale “trona”(sesquicarbonato di sodio) e che si trovava allo stato naturale nei laghi salati del Medio Oriente. Nello stesso periodo e anche successivamente, in certe aree geografiche, dall’Oriente all’Occidente, si sono anche utilizzate per la produzione dei vetri, ceneri sodiche di piante litoranee, riscontrabili nelle analisi per una piccola percentuale di potassio
Gli stabilizzanti sono anche essi modificatori di reticolo, ma a differenza dei fondenti formano legami più forti, rinforzando la struttura reticolare del vetro.
Gli ossidi alcalino-terrosi, ed in particolare l’ossido di calcio (CaO) e l’ossido di magnesio (MgO), sono gli stabilizzanti più comuni nei vetri antichi; molti studi hanno messo in evidenza come la loro introduzione nella miscela preparatoria sia stata casuale e che evidentemente erano presenti nelle materie prime dei due componenti principali. Anche l’ossido di piombo (PbO), si può considerare, come stabilizzante nel vetro.
Nel medioevo il natron fu sostituito da ceneri vegetali. In dipendenza della dislocazione geografica delle vetrerie, le piante che venivano bruciate potevano essere di origine marina o terrestre. Dalle prime, che furono usate prevalentemente nell'area mediterranea, si ricavava soda, dalle ceneri di piante continentali (quercia, faggio, felce, ...), usate principalmente nel nord Europa, si otteneva la potassa; I vetri potassici come è stato riscontrato anche nelle varie vetrate delle cattedrali medievali, avevano un reticolo fortemente degradabile.
Un’altra categoria di componenti importanti ma non essenziali per le miscele per vetro è quella dei coloranti, che a volte sono presenti nella composizione chimica in percentuali inferiori all’1%. Importanti per l’aspetto decorativo, possono essere considerati dei fondenti, in quanto la loro presenza abbassa il punto di fusione. Per i vetri dei mosaici antichi si usavano prevalentemente agenti primari cromofori, i quali conferivano diverse colorazioni: il cobalto (Co), il rame (Cu), il ferro (Fe) e il manganese (Mn).
Altri effetti coloranti si hanno nel vetro quando un metallo non si dissolve, ma si disperde in particelle insolubili con oro, argento o rame, creando così altri colori.
L'intensità della colorazione dipende dalla quantità di colorante introdotto nella composizione del vetro, dalla presenza o meno di sostanze ossidanti o riducenti nell'atmosfera del forno, dalla conduzione termica della fusione e dal tipo di colorazione (ionica o colloidale).

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La colorazione del vetro è condizionata anche dalla presenza di agenti decoloranti e di componenti che conferiscono opacità al vetro. Alcuni elementi, come il ferro ed il cromo, sono sempre presenti anche se in piccolissima quantità, comunque sufficiente a colorare leggermente. Va poi aggiunto un altro componente alla miscela: un decolorante. Si tratta di alcuni elementi che in piccola quantità correggono la tonalità di colore secondo un principio fisico (sovrapposizione di un colore complementare che annulla quello ad esempio del ferro) o chimico (ossidazione o riduzione dell'elemento colorante; il ferro, per esempio, a parità di concentrazione nel vetro, colora molto più intensamente se si trova allo stato ridotto che non allo stato ossidato).
Il decolorante più noto, che agisce in tutti e due i modi, è il biossido di manganese che fissato nel vetro, ha ancora la capacità di catturare l'energia della luce solare e quindi di ossidarsi, dando al vetro una colorazione giallo-viola. Oltre al biossido di manganese veniva anche usato l’ossido di antimonio con funzione di affinante decolorante.
L’opacizzazione avveniva sia per l’effetto di minuscole bolle o per l’impiego di agenti primari o secondari: ossido di antimonio, ossido di stagno, ossido di zinco che provocavano una minuta e diffusa cristallizzazione con la formazione nel vetro di particelle microcristalline (fenomeno di “devetrificazione”). Gli agenti primari presenti nella miscela del fuso sotto forma di materiale fino disperso. Dal V secolo l’ossido di stagno, aggiunto come casserite (SnO2), diventa l’opacificante più diffuso.
Le principali categorie dei vetri antichi sono:

Vetro silicatico – sodico- calcico piombico- apiombico

Vetro silicatico- potassico- calcico piombico-apiombico(magnesaico)



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