Vetro cristallo

Il vetro cristallo, comunemente chiamato cristallo, è una varietà di vetro nella quale il piombo sostituisce il calcio contenuto in un tipico vetro di carbonato di potassio.[1] Contiene generalmente una percentuale del 18–40% (in peso) di monossido di piombo (PbO), mentre il moderno cristallo al piombo, storicamente noto come vetro di selce per via del silice utilizzato per la costruzione, contiene un minimo del 24% di PbO.[2] Il cristallo al piombo è ambito[3] per le sue proprietà decorative.

Un calice di cristallo

Scoperta originariamente dall’inglese George Ravenscroft nel 1674, la tecnica di aggiunta di ossido di piombo (in quantità tra il 10 e il 30%) ha migliorato l’aspetto del vetro e reso più facile la fusione usando carbone come combustibile da forno. Questa tecnica ha anche aumentato il “periodo di lavorabilità” rendendo il vetro più facile da manipolare.

Il termine cristallo al piombo non è, tecnicamente, un termine preciso per descrivere il vetro al piombo, in quanto solido amorfo, il vetro è privo di una struttura cristallina. L’uso del termine cristallo al piombo rimane popolare per ragioni storiche e commerciali. È derivato dal termine veneziano cristallo per descrivere il cristallo di rocca imitato dai vetrai di Murano. Questa convenzione di denominazione è stata mantenuta fino ai giorni nostri per descrivere oggetti decorativi.[4]

Gli oggetti di cristallo al piombo erano, in passato, utilizzati per conservare e servire bevande, ma a causa dei rischi per la salute, questo impiego è diventato raro. Un materiale alternativo è il cristallo, in cui ossido di bario, ossido di zinco o ossido di potassio sono impiegati al posto dell’ossido di piombo. Il cristallo senza piombo ha un indice di rifrazione simile al cristallo al piombo, ma è più leggero e ha un minore potere dispersivo.[5]

Nell’Unione europea, l’etichettatura dei prodotti cristallo è regolata dalla direttiva 69/493/CEE del Consiglio europeo, che definisce quattro categorie, a seconda della composizione chimica e delle proprietà del materiale. Solo i prodotti di vetro contenenti almeno il 24% di monossido di piombo possono essere definiti cristalli al piombo. I prodotti con meno ossido di piombo o prodotti in vetro con altri ossidi di metallo, utilizzati al posto dell’ossido di piombo, devono essere etichettati cristallo.[6]

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L’aggiunta di ossido di piombo al vetro aumenta il suo indice di rifrazione e abbassa la sua temperatura di lavorabilità e la viscosità. Le interessanti proprietà ottiche del vetro al piombo derivano dall’elevato contenuto in metallo pesante come il piombo. L’alto numero atomico del piombo aumenta anche la densità del materiale, poiché questi ha un peso atomico molto elevato (207,2), rispetto a quello (40,08) del calcio. La densità del vetro normale è 2,4 g/cm³ o inferiore, mentre il tipico cristallo al piombo ha una densità di 3,1 g/cm³ e quello ad alto tenore può oscillare dai 4,0 g/cm³ ai 5,9 g/cm³.[1]

La brillantezza del cristallo al piombo si basa sull’alto indice di rifrazione causato dal contenuto di piombo. Il vetro ordinario ha un indice di rifrazione di n = 1,5, mentre l’aggiunta di piombo produce un intervallo fino a 1,7[1] o 1,8.[7] Questo elevato indice di rifrazione è anche correlato all’aumento della dispersione ottica, che misura il grado in cui un mezzo separa la luce nel suo componente spettro visibile, come in un prisma triangolare. Le tecniche di taglio del cristallo sfruttano queste proprietà per creare un effetto brillante e scintillante mentre ogni sfaccettatura del taglio riflette e trasmette la luce attraverso l’oggetto. L’alto indice di rifrazione è utile per la realizzazione di lenti, poiché una data lunghezza focale può essere ottenuta con una lente più sottile. Tuttavia, la dispersione deve essere corretta da altri componenti del sistema di lenti se deve essere acromatica.

L’aggiunta di ossido di piombo al vetro riduce anche la sua viscosità, rendendolo più fluido del normale vetro con una temperatura di rammollimento di circa 600° e con un punto di lavorazione di 800°. La viscosità del vetro varia radicalmente con la temperatura, ma quella del vetro al piombo è circa 100 volte inferiore a quella dei normali bicchieri di vetro in tutti gli intervalli di temperatura di lavorazione fino a 1100°. Dal punto di vista del vetraio, ciò si traduce in due sviluppi pratici. In primo luogo, il vetro al piombo può essere lavorato a una temperatura più bassa, portando al suo uso nella smaltatura, e in secondo luogo, gli oggetti trasparenti possono essere resi liberi da bolle d’aria intrappolate con considerevolmente meno difficoltà rispetto ai vetri ordinari, consentendo la produzione di oggetti chiari e impeccabili.

Quando viene colpito, il cristallo al piombo emette un suono squillante, a differenza dei normali vetri. I consumatori fanno ancora affidamento su questa proprietà per distinguerli dai bicchieri più economici. Poiché gli ioni di potassio sono legati più strettamente in una matrice di piombo-silice rispetto a un bicchiere al calcio, il primo assorbe più energia quando viene colpito. Questo fa sì che il cristallo al piombo oscilli, producendo così il suo suono caratteristico.[1] Il piombo aumenta anche la solubilità di stagno, rame e antimonio, portando al suo uso in smalti colorati e ceramici.

Sala per fluoroscopia con spazio di controllo separato da schermatura di vetro al piombo

Il piombo viene usato nei vetri ad alto assorbimento di raggi gamma e raggi X, utilizzati come schermatura (ad esempio nei tubi catodici, dove serve a ridurre l’esposizione dello spettatore ai raggi X leggeri).

L’elevata radiazione ionica degli ioni di Pb2+ li rendono altamente immobili nella matrice e ostacolano il movimento di altri ioni; i vetri al piombo quindi hanno un alto livello di resistenza elettrica, circa il doppio del vetro normale (108.5 contro 106.5 Ohm·cm, in corrente continua a 250°.[8] Il vetro contenente piombo viene spesso utilizzato nella produzione di lampade.

Uso PbO (% in peso)
vasellame domestico 18–38
vetro ceramica 16–35
lenti ad alta rifrazione ottica 4–65
schermi anti radiazioni 2–28
elevata resistenza elettrica 20–22
sigillanti per vetro 56–77

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