Quella del vetro è una categoria molto vasta di composti la cui caratteristica principale è quella di essere materiali amorfi, ovvero essi non presentano una struttura tridimensionale organizzata. I primi a capire cos’è il vetro e ad utilizzarlo per i primi impieghi sono stati gli abitanti della Mesopotamia e dell’antico Egitto in una finestra temporale che spazia intorno al 3000 a.C. Tuttavia, queste popolazioni non erano a conoscenza delle cause chimiche, fisiche e termodinamiche che giustificano l’esistenza della fase vetrosa.
Cos’è il vetro: tra chimica, fisica e termodinamica.
Quando ci si domanda cos’è il vetro bisogna definirlo come un materiale amorfo, il che significa che esso è privo di una struttura cristallina ordinata. A differenza dei materiali cristallini, come i metalli e molti minerali, il vetro non ha un reticolo cristallino regolare e le sue molecole sono disposte in modo disordinato. La caratteristica principale dei “solidi” non cristallini come il vetro è che essi hanno comportamento tipico dei solidi, ma sono strutturalmente assimilabili a liquidi con una viscosità così elevata da impedirne lo scorrimento. La fase vetrosa è quindi intermediaria tra quella liquida e quella solida e termodinamicamente è definita metastabile, ovvero una fase che tende alla stabilizzazione ma con una cinetica talmente lenta da renderla di fatto stabile. Per capire cos’è il vetro, bisogna considerare che la struttura amorfa di questo materiale è il risultato del processo di sotto raffreddamento rapido di un materiale fuso che, anche a causa dell’elevata viscosità del materiale, impedisce alle sue molecole di organizzarsi in una disposizione cristallina: quando una sostanza fusa si raffredda rapidamente infatti le sue molecole non hanno il tempo di organizzarsi in un reticolo cristallino stabile e quindi rimangono bloccate in una disposizione disordinata. Nel caso del riscaldamento di una sostanza vetrosa all’aumentare della temperatura non si verifica la presenza dell’esistenza di una temperatura costante, detta di fusione, in corrispondenza della quale avviene il passaggio di stato, bensì a partire da una determinata temperatura, che non rimane costante nel tempo, il materiale vetroso inizia a rammollire. Il fatto che il vetro sia un materiale amorfo è responsabile di tantissime delle sue proprietà, tra queste spiccano la trasparenza, dovuta proprio alla disposizione disordinata delle molecole nel vetro che consente di lasciar passare la luce attraverso di esso, la durezza e fragilità, infatti il vetro è duro ma allo stesso tempo fragile poiché la mancanza di un reticolo cristallino ordinato rende più difficile la distribuzione uniforme delle tensioni all’interno del materiale, e infine l’isolamento termico, ennesima proprietà dovuta alla struttura amorfa del vetro che lo rende un buon isolante termico.
Gli impieghi del vetro
Dopo aver visto cos’è il vetro, vediamo ora quali sono stati i suoi utilizzi nel corso della storia umana. Fin dalle sue prime apparizioni nell’antico Egitto e nella Mesopotamia il vetro veniva utilizzato per creare perline e oggetti ornamentali come amuleti e gioielli, i quali venivano spesso colorati con scopi estetici e simbolici. Con il progredire delle tecniche di produzione del vetro i Romani iniziarono a utilizzare il vetro per creare bottiglie e recipienti per liquidi come vino, olio e profumi, dando vita ad una tradizione si è mantenuta nel corso dei secoli, tant’è che ancora oggi il vetro è il principale materiale per contenitori trasparenti. Nel periodo medievale il vetro ha avuto uno dei suoi periodi di massimo splendore essendo impiegato massivamente nella realizzazione di vetrate artistiche nelle chiese e nelle cattedrali, vetrate spesso realizzate utilizzando diverse tonalità di vetro colorato e assemblate per raffigurare intrigate scene bibliche, altrimenti incomprensibili alla popolazione dell’epoca per la stragrande maggioranza analfabeta. Con l’avvento del progresso scientifico il vetro fu ampiamente utilizzato nella produzione di strumenti come lenti per microscopi e telescopi, provette, beute, e altri strumenti di laboratorio, fino a divenire di fondamentale importanza nel XIX secolo con lo sviluppo delle lampade a olio e successivamente delle lampade a gas e lampade elettriche, dispositivi in cui il vetro divenne imprescindibile per il loro funzionamento e diffusione della luce. Infine, nella moderna era dell’elettronica, il vetro è diventato un componente indispensabile per la realizzazione di schermi e display per dispositivi come smartphone, tablet, televisori e monitor.
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