Naturalesa i alteració del vidre històric

Esquema de la disposició dels àtoms en un
vidre alcalí de silici-sodi

El vidre és un material sòlid obtingut per refredament ràpid d’un fos, evitant que cristal·litzi. El vidre tradicional està format per grups d’àtoms SiO4 en forma de tetraedre amb el silici al centre i 4 oxígens al voltant, enllaçats entre ells pels vèrtex i disposats desordenadament: aquests són els àtoms formadors del reticle del vidre. A aquesta composició cal afegir altres àtoms que en menor concentració tendeixen a equilibrar les càrregues elèctriques no compensades pels tetraedres SiO4, com alumini (en alguns casos en la posició del silici) i calci, situats entre grups SiO4. 

Una barreja així és estable però el seu punt de fusió és molt alt i per tal de poder-lo fondre a una temperatura raonable (assolible en forns tradicionals de llenya, per exemple), cal afegir elements que trenquin les cadenes de grups SiO4 (de fet el calci afegit com estabilitzador ja ho fa) i abaixin el punt de fusió fins a una temperatura entre 700 i 900ºC: aquests són els fonents, típicament plom i/o elements alcalins (sodi i potassi). I segons el fonent es poden obtenir vidres de plom o alcalins, o mixtes, que també n’hi ha. Concentracions del 30 al 50% de PbO o del 8-12 % d’elements alcalins (K2O o Na2O) són les convencionals, però no se’n poden excloure altres.

A aquests elements caldria afegir (si cal) els que aporten color al vidre: aquests són els elements cromòfors, que tradicionalment corresponen als de la primera filera de transició de la taula periòdica (Fe, Mn, V, Cu, Co, Cr, Zn ...). La funció d’aquests elements (que es situen entre tetraedres de sílice) és absorbir selectivament certes freqüències del espectre de llum visible, deixant passar les altres, de tal manera que el vidre és veu acolorit quan la llum el travessa. Aquest fenomen té lloc per diversos mecanismes, entre ells la transferència d’electrons entre nivells dels orbitals f, quina diferència d’energia està en el rang d’energies de la llum visible, tot i que hi ha altres mecanismes com la transferència de càrrega entre ions susceptibles d’adoptar diferents configuracions electròniques, com el ferro i el titani.

Per fabricar vidre tradicionalment es disposa una barreja de minerals o productes sintètics que globalment tingui la composició desitjada: per exemple sorra silícia (de quars i feldspats, que aporten Si, Al, K i Ca), galena (PbS) o òxid de plom, o nitre, o cendres de certes plantes (que aporten K i Na per a fer un vidre alcalí) i l’element cromòfor que toqui. Si es disposa aquesta mescla en un gresol, es posa en forn i es porta per sobre de 700ºC, fondrà i si es refreda més o menys ràpidament, s’obtindrà un producte transparent, acolorit si hem afegit un element cromòfor: és un vidre.

Que se li doni forma en calent o es deixi refredar i es torni a fondre per donar-li la forma que vulguem és qüestió del sistema de producció. Aquest vidre es pot bufar, laminar o donar forma en massa amb un motlle o mecànicament. Vet aquí què és un vidre històric i quins són els seus components... un altre dia parlarem d’altres aspectes dels vidres.

Alteració del vidre

La degradació del vidre exposat a la intempèrie té lloc a causa de la polaritat de la molècula d’aigua: quan una goteta minúscula d’aigua es diposita en la superfície d’un vidre, la seva polaritat desestabilitza els elements de la capa més superficial, que tendeixen a migrar i incorporar-se a l’aigua. Això resulta més fàcil amb cations petits que amb grossos, i és per això que els vidres alcalins (que contenen K i Na com a fonent) són menys estables que els de plom (el plom té una mida molt més gran que el sodi o el potassi).

D’altra banda, la presència de ions (bàsicament anions) de gran mida dissolts en l’aigua augmenta la velocitat del procés perquè contribueixen decididament a la inestabilitat elèctrica de la superfície del vidre. També se sap que aquest procés s’accelera en ambients alcalins, però com que els cations que s’incorporen a la goteta d’aigua són Na i K, es forma una solució alcalina que accelera el procés: és un mecanisme que s’autoalimenta, si no s’intervé.

Esquemes seqüencials de la degradació d'un vidre
alcalí. A es diposita una goteta d'aigua i part dels
cations alcalins (K i Na) passen a l'aigua; B la part
afectada canvia de composició i per tant, té unes
propietats diferents, que faciliten el seu despreni-
ment; C les petites irregularitats produïdes faciliten
la deposició de noves gotetes d'aigua i el procés
té lloc de nou, a més de sota la lamineta formada,
on se'n formen de noves.

Quan aquest procés té lloc, la zona externa canvia de composició i es forma una lamineta de propietats diferents de la resta del vidre: això fa que sigui relativament fàcil el seu despreniment o al menys, la separació parcial del substrat (es forma una lamineta poc adherida). Si aquesta salta, el procés s’inicia de nou en el substrat sa; si no cau, en la zona de contacte pot tenir lloc el mateix procés perquè hi entra aigua, i d’aquesta manera es formen una sèrie de laminetes de vidre, separades entre elles i que es desprenen amb molta facilitat. 

Imatge de microscòpia electrònica de
rastreig de les laminetes formades
al voltant d'un nucli d'inestabilitat.

Com que el gruix d’aquestes capes és del mateix ordre de magnitud que la longitud d’ona de la llum visible, el conjunt dóna lloc a interferències que s’observen com iridescències (joc de colors com els que ocorren en quan es bessa oli en un bassal).

D’altra banda, l’origen del procés és la deposició d’una petita goteta d’aigua, que  normalment no s’hauria de produir fora de les condicions que limiten el punt de rosada. El problema és que una irregularitat molt petita en la superfície del vidre (una ratlladeta, pols adherida...) facilita la formació d’aigua líquida fora del seu propi camp d’estabilitat termodinàmica, de forma que el procés no necessita condicions d’humitat relativa elevada.

Per això és millor la neteja del vidre amb una solució lleugerament àcida (acètic al 2% -equivalent al vinagre- pot ser una bona opció) i s’ha de tenir especial compte en no netejar amb cap element més dur que el propi vidre per evitar la formació de ratllades (fins i tot a nivell microscòpic).