Cenni storici

Secondo Plinio il Vecchio (nel suo trattato Naturalis Historia), il primo utilizzo del vetro risale al III millennio a.C. in Mesopotamia. Nel VII/VII secolo a.C. il vetro arrivò in Fenicia per produrre stoviglie, altri utensili e monili (detti perle di vetro). Intorno al 1000-500 a.C. risalgono piccoli vasi in vetro ritrovati in India e Cina. Nella metà del I secolo a.C. fu sviluppata la tecnica del soffiaggio, che ha permesso che oggetti prima rari e costosi divenissero molto più comuni. Durante l'Impero Romano il vetro fu plasmato in molte forme, principalmente vasi e bottiglie. I primi vetri erano di colore verde a causa della presenza di impurità di ferro nella sabbia utilizzata. Nel V-VII secolo d.C. si sviluppa l'uso del mosaico in vetro nell'arte bizantina. Oggetti in vetro risalenti ai secoli VII e VIII sono stati rinvenuti sull'isola di Torcello, vicino a Venezia. Una svolta nella tecnica produttiva si è avuta intorno all'anno 1000, quando nel nord Europa la soda fu sostituita con la potassa, più facilmente ottenibile dalla cenere di legno. Da questo momento i vetri del nord differirono significativamente da quelli originari dell'area mediterranea, dove si è mantenuto l'impiego della soda. L'XI secolo vide l'emergere, in Germania, di una nuova tecnica per la produzione di lastre di vetro per soffiatura, stirando le sfere in cilindri, tagliando questi ancora caldi e appiattendoli quindi in fogli. Questa tecnica fu poi perfezionata nel XIII secolo a Venezia (centro di produzione vetraria del XIV secolo), dove furono sviluppate nuove tecnologie e un fiorente commercio di stoviglie, specchi ed altri oggetti di lusso. Alcuni vetrai veneziani si spostarono in altre aree d'Europa diffondendo così l'industria del vetro. Fino al XII secolo il vetro drogato (cioè con impurità coloranti come metalli) non fu impiegato. Nel 1271 lo statuto chiamato Capitolare di Venezia tutelava la manifattura del vetro veneziano, proibendo che venissero importati vetri dall'estero e negando ai vetrai stranieri la possibilità di operare a Venezia. Nel 1291 viene decretato il trasferimento delle vetrerie da Venezia all'isola di Murano, in modo da confinare eventuali incendi. A Venezia alla fine del XIII secolo, si fa risalire l'invenzione degli occhiali con lenti in vetro quando i "cristalleri" della Serenissima, per le lenti da vista, iniziarono a sostituire il berillo, utilizzato fino ad allora, con il vetro. Al 1369 risale la produzione di specchi a Murano. Nel 1450 Angelo Barovier inventa il "cristallo" a Murano,nottenendolo a partire dal vetro con l'aggiunta di sodio e manganese. Il processo di produzione Crown fu impiegato a partire dalla metà del XIV secolo fino al XIX secolo. In questo processo, il soffiatore fa ruotare circa 4 kg di massa vetrosa fusa all'estremità di una barra fino ad appiattirla in un disco di circa 1,5 metri di diametro. Il disco viene quindi tagliato in lastre. Nel XVII-XVIII secolo nasce il cristallo di Boemia. Il vetro veneziano ebbe un costo elevato tra i secoli X e XIV, fino a che gli artigiani riuscirono a mantenere segreta la tecnica. Ma intorno al 1688 un nuovo processo di fusione fu sviluppato ed il vetro divenne un materiale molto più comune. L'invenzione della pressa per vetro nel 1827 diede inizio alla produzione di massa di questo materiale. La tecnica a cilindri fu inventata da William Blenko all'inizio del XX secolo. Risale al 1903 la prima macchina per la realizzazione delle bottiglie su scala industriale. Nel 1913 viene messo a punto il procedimento Fourcault per la realizzazione del vetro tirato, seguito nel 1916 dal metodo Libbey-Owens e nel 1925 dal metodo Pittsburg. Le decorazioni sono incise sul vetro per mezzo di acidi o sostanze caustiche, che corrodono il materiale. Tradizionalmente l'operazione è svolta da artigiani esperti dopo che il vetro è stato soffiato o colato. Nel 1920 fu sviluppato un nuovo metodo consistente nello stampaggio diretto delle decorazioni sul vetro fuso. Questo ha permesso di abbattere i costi di produzione e assieme alla diffusione dell'uso di vetri colorati, portò ad un uso più diffuso delle stoviglie in vetro intorno al 1930. Intorno al 1928 risale la nascita del vetro di sicurezza. Nel 1936 vengono realizzate le prime fibre di vetro. Negli anni sessanta viene messo a punto il processo float per la produzione di vetri piani

Caratteristiche del Vetro

Il vetro è un materiale ottenuto tramite la solidificazione di un liquido non accompagnata dalla cristallizzazione. I vetri sono solidi amorfi, dunque non possiedono un reticolo cristallino ordinato, ma una struttura disordinata e rigida composta da atomi legati covalentemente; tale reticolo disordinato permette la presenza di interstizi in cui possono essere presenti impurezze, spesso desiderate, date da metalli.

In linea teorica, i vetri potrebbero essere ottenuti a partire da qualunque liquido, attraverso un rapido raffreddamento che non dia alle strutture cristalline il tempo di formarsi. Nella pratica, hanno la possibilità di solidificare sotto forma di vetro solo i materiali che abbiano una velocità di cristallizzazione molto lenta, come ad esempio l'ossido di silicio (SiO2), il diossido di germanio (GeO2), l'anidride borica (B2O3), l'anidride fosforica (P2O5), l'anidride arsenica (As2O5).

Un esempio di vetro naturale è l'ossidiana, prodotta dal magma vulcanico.

Nel linguaggio comune, il termine vetro viene utilizzato in senso più stretto, riferendosi solamente ai vetri costituiti prevalentemente da ossido di silicio (vetri silicei), impiegati come materiale da costruzione (soprattutto negli infissi), nella realizzazione di contenitori (ad esempio vasi e bicchieri) o nella manifattura di elementi decorativi (ad esempio oggettistica e lampadari).

La maggior parte degli utilizzi del vetro derivano dalla sua trasparenza, dalla sua inalterabilità chimica e dalla sua versatilità: infatti, grazie all'aggiunta di determinati elementi, è possibile creare vetri con differenti colorazioni e proprietà chimico-fisiche.
Arte e tecnica della fabbricazione e della lavorazione del vetro si indica come "ialurgia".

Caratteristiche generali
Composizione : Diossido di silicio (SiO2) più altri ossidi
Aspetto : trasparente
Stato di aggregazione (in c.s.) : solido (liquido sottoraffreddato)
Cristallinità : amorfo

Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.) : 2,2÷6,3
Indice di rifrazione : 1,458÷1,86
c0p,m(J·kg−1K−1) : 795
Coefficiente di dilatazione termica lineare (K-1) : 30÷90 × 10−7
Conduttività termica (W/m·K) : 0,00155÷0,0030 cal/cm·s·K

Proprietà meccaniche
Resistenza a trazione (kgf/m2) : 4 × 106 (vetro ricotto)
Resistenza a compressione (kgf/m2) : 100 × 106
Resistenza a flessione (kgf/m2): 4 × 106 (ricotto) ; 12÷20 × 106 (temprato)
Modulo di elasticità longitudinale (Gpa) : 37,67÷99,14
Modulo di comprimibilità (Gpa) : 35÷55
Modulo di elasticità tangenziale (Gpa) : 14,86÷38,81
Durezza Vickers (kgf/m2) : 4,59÷5,27 kN/mm²
Durezza Mohs : 5÷7
Durezza Knoop (kgf/m2) : 382÷572 (HK200)

Caratteristiche salienti del Vetro

- Eccellente trasparenza,
- Ottima durezza, allo stesso tempo il vetro è fragile e tende a rompersi in frammenti
- Inerte dal punto di vista chimico e biologico
- Superficie molto liscia

Una delle caratteristiche più evidenti del vetro ordinario è la trasparenza alla luce visibile. La trasparenza è dovuta all'assenza di stati di transizione elettronici nell'intervallo energetico della luce visibile e al fatto che il vetro non ha disomogeneità di grandezza confrontabile o superiore alla lunghezza d'onda della luce, che provocherebbero scattering, come avviene di solito con i bordi di grano dei materiali policristallini.

Il vetro comune non è invece trasparente alle lunghezze d'onda minori di 400 nm (ovvero il campo ultravioletto), a causa dell'aggiunta della soda. La silice pura (come il quarzo puro, piuttosto costosa) non assorbe invece gli ultravioletti e viene perciò impiegata nei settori dove occorre questa caratteristica.
Il vetro può essere prodotto in forma così pura da permettere il passaggio della luce nella regione dell'infrarosso per centinaia di chilometri nelle fibre ottiche.