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livello elementare.
ARGOMENTO: STORIA DEI MATERIALI
PERIODO: ETA’ DEL BRONZO – XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: Vetro
Le molecole del vetro sono disposte in modo disordinato, proprio come accade nei liquidi. Quando viene fornito calore, le molecole iniziano a muoversi, vibrare e scontrarsi più velocemente, provocando un aumento della temperatura. La maggior parte dei materiali si espande (aumenta il proprio volume) all’aumentare della temperatura, poiché gli atomi si separano. Il calore può causare quindi dei passaggi di stato (solido-liquido-aeriforme) rompendo i legami tra le particelle ed un materiale reagisce al calore in base alle sue proprietà specifiche (come il calore specifico).
Nel caso del vetro si forma con il brusco raffreddamento di materiali ricchi di silice fusi da calore estremo, come eruzioni vulcaniche o fulmini, però ne impedisce la cristallizzazione, creando un solido amorfo. La struttura molecolare “amorfa” (disordinata) consente alla luce di passare indisturbata senza essere riflessa o dispersa, mentre l’energia dei fotoni visibili è insufficiente per eccitare gli elettroni del materiale. Ecco il motivo per cui il vetro è trasparente.
Il vetro è un solido amorfo (privo di una struttura cristallina) e viene talvolta definito un liquido sottoraffreddato, ovvero un liquido che si è irrigidito senza cristallizzare, mantenendo una consistenza intermedia. Il grande vantaggio del vetro è che può essere riciclato all’infinito. Un tempo era un’arte rara e preziosa, ma oggi la fabbricazione del vetro fa parte della comune industria ed i prodotti realizzati sono usati commercialmente sotto forma di contenitori, isolanti, fibre di rinforzo, lenti e oggetti decorativi. La creazione del vetro è un processo antico e ci sono prove archeologiche sull’arte vetraria che risalgono al 2.500 a.C. Circa 6.000 anni fa, secondo Plinio il Vecchio, avvenne una scoperta casuale sulle rive sabbiose del fiume Belo, in Siria. Qui dei mercanti fenici, per allestire un focolare da campo, non essendoci pietre per fare il focolaio, utilizzarono dei blocchi di salnitro presi dal loro carico che, fusi dal calore e mischiati alla sabbia, diedero origine ad una sostanza fluida che raffreddandosi formò il vetro. Eravamo nell’inizio dell’età del ferro e, grazie alle lunghe navigazioni dei mercanti fenici, la nuova arte del vetro si diffuse lungo le coste del Mediterraneo, in Siria, a Cipro e soprattutto in Egitto, dove si produssero una grande varietà di oggetti usando un composto simile al moderno vetro realizzato con carbonato di calcio.
Nel 685 a.C. fu ritrovata nella biblioteca del re assiro Assurbanipal “la prima ricetta per la produzione del vetro”: “… Si prendano 60 parti di sabbia, 180 parti di polvere di alghe essiccate e cinque parti di gesso…”. Questa ricetta è ancora valida dopo 2.500 anni. Nel 300 a.C. la tecnica del “soffio mediante canna” rivoluzionò profondamente le tecniche di produzione, permettendo di ottenere la forma dell’oggetto mediante soffiatura libera o in stampi in metallo, legno e ceramica, che riproducevano la forma da modellare. Secondo Plinio il Giovane, nel 25 d.C., presso i Romani era diffuso l’uso di decorare le terme, gli edifici pubblici e le ville con vetri colorati montati su telai di legno o metallo, ormai andate perdute. Di fatto a Pompei, nel 80 d.C., le persone più abbienti avevano finestre in vetro soffiato e poi schiacciato in lastre verdi, irregolari e opache, montate in telai di piombo.
Collezioni del Museo Van 2022 – Fonte – Autore Francesco Bini periodo romano, bottigliette da profumo, in vetro 02.jpg – Wikimedia Commons
I Romani intorno al 100 d.C. inserendo nella miscela di vetro diossido di manganese, ottennero la trasparenza e nacquero così le prime bottiglie. Nel Medioevo si diffusero le prime finestre in vetro sia per le abitazioni che nelle chiese con esempi mirabili in tutta Europa, consistenti nell’unione di pezzi di vetro colorato trasparente fissati tra di loro con il piombo. Per la cura dei particolari dei volti, dei capelli, per i chiaroscuri dei mantelli e dei panneggi si usavano colori fissati a fuoco. Il pennello veniva intinto in una miscela (composta di polvere di vetro pestato, ossido di ferro sciolto, acqua, gomma arabica e aceto) che prendeva il nome di grisaille, fissata con la cottura delle lastre. Già nel Medio Evo, Venezia divenne uno dei più importanti centri vetrari grazie alla posizione geografica tra Europa occidentale e Oriente, dove apprende le tecniche più raffinate dell’arte vetraria esistenti.
Scansione da “Reminiscences of Glass-Making” di Deming Jarves fu pubblicata per la prima volta nel 1854 “nelle colonne di un giornale di villaggio”, e aggiornata nel 1865 con la seconda edizione scansionata da Ian Macky che fornisce anche l’opuscolo completo a https://glassian.org/Making/index.html. Fig. 2 Drawing2.gif – Wikimedia Commons
Soffiatura
I padroni imprenditori erano così gelosi delle tecniche acquisite e per assicurare che i loro segreti rimanessero all’interno della città, costringevano i vetrai a non lasciare l’isola di Murano. Alla fine del 1600, nella città francese di Saint Gobain, i mastri vetrai versavano il vetro di prima colata su un tavolo e lavoravano la massa vetrosa con un rullo fino ad ottenere uno spessore omogeneo. Il processo era ideale per la realizzazione degli specchi che andavano a decorare i palazzi in stile rococò della nobiltà del tempo. Nel XVII secolo la produzione del vetro divenne industriale producendo milioni di bottiglie l’anno, sebbene le bottiglie fossero ancora soffiate e lavorate a mano. Nel 1903 l’americano Michael J. Owens inventò la macchina automatica per la soffiatura delle bottiglie, dando prova di una eccezionale capacità ingegneristica. La soffiatrice si basa sul metodo di aspirazione, che prevede che la massa vetrosa venga aspirata nello stampo metallico e tagliata automaticamente. Con questa tecnica si riuscivano a produrre 2.500 bottiglie all’ora. Nella metà del XX secolo Saint-Gobain sviluppò il vetro temperato e introduce il vetro solare, antiriflesso di colore verde, nel mercato dell’auto, che ben presto diventò lo standard industriale.
copertina del manuale Gilbert per la soffiatura del vetro – Fonte Istituto di Storia della Scienza Gilbert Glass Blowing Manual – DPLA – 5e91eeed0f506055d9fa93b524bd945a (pagina 25).jpg – Wikimedia Commons
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La tecnologia produttiva del vetro piano subì, a metà del Novecento, una decisiva innovazione con l’introduzione del processo float, che sostituì i precedenti sistemi di tiratura, dove la pasta vetrosa veniva fatta passare attraverso una serie di rulli metallici, che la obbligavano a compiere un percorso prima verticale e poi orizzontale. Il procedimento float prevede invece che la materia prima venga miscelata e fatta confluire nel forno di fusione, a circa 1300°C dal quale viene fatto uscire il vetro fuso incandescente che viene fatto confluire nel bagno di metalli fusi (generalmente stagno che fonde a basse temperature), in un ambiente chiuso, evitando il contatto con l’aria. Il vetro galleggia (to float) quindi su di una superficie di cui assume la planarità, diventando lastra. Per evitare che un brusco raffreddamento possa frantumare la lastra, il vetro passa poi in un forno di ricottura a temperatura più bassa, dove gradatamente si raffredda. Il nastro continuo di vetro viene infine tagliato in lastre di dimensioni diverse, in relazione alle necessità.
Tipi di vetro
Vetro ricotto (comune): Ha una resistenza limitata agli sbalzi termici (sopporta solitamente sbalzi non superiori a 30°C) ed è il più vulnerabile allo shock termico.
Vetro temperato: Ha subito un processo termico che lo rende molto resistente e può sopportare sbalzi termici fino a circa 200°C. Quando cede, si sbriciola in innumerevoli pezzettini non taglienti per motivi di sicurezza.
Vetro ceramico: E’ un materiale speciale (utilizzato per i caminetti e le porte dei forni) capace di resistere a temperature elevatissime e a shock termici estremi, fino a 800°C, senza subire deformazioni o rotture.
Il vetro però si può trovare anche in natura sotto forma di masse vetrose di minerali quali: Ossidiana, Folgorite, Tectite, ognuna col proprio sistema di formazione, che tutte subiscono altissime temperature di fusione ed il conseguente raffreddamento.
Ossidiana – origine isola di Lipari – collezione propria
Ossidiana
L’Ossidiana è una roccia eruttiva vulcanica a pasta vetrosa in genere di colore nero o con tonalità scure: verde, marrone. Usata già nel Neolitico come utensile per tagliare; gli Egizi come amuleto, per fare collane e per gli occhi delle statue (le pupille della maschera funeraria di Tutankhamon). In Italia sono molto diffuse sull’isola di Lipari e sull’Etna.
Folgorite
Un singolo fulmine è in grado di fornire 5 gigajoule (1 gigajoule =277,778 kW/ora) di energia, sufficiente per alimentare una famiglia media per più di un mese. Quando un fulmine colpisce una zona sabbiosa (evento molto raro) come una spiaggia o una duna, le particelle di sabbia possono fondersi insieme in meno di un secondo (la sabbia fonde a circa 1800°C). Se le condizioni sono giuste, la sabbia si fonde creando tubi cavi chiamati Folgorite la cui forma riflette il percorso che il fulmine ha preso disperdendosi nel terreno.
Tektite indochinite del Pleistocene del sud-est asiatico. Impatti grandi e piccoli hanno colpito la Terra dalla sua fondazione, 4,55 miliardi di anni fa. Rispetto alla Luna intensamente scavata e craterizzata, la Terra ha relativamente pochi crateri d’impatto conservati, poiché sono stati distrutti dall’erosione idrica, glaciale e dalla tettonica delle placche. Gli eventi d’impatto sono accompagnati da un riscaldamento significativo, che provoca la fusione di gran parte delle rocce bersaglio polverizzate espulse. Il materiale fuso si raffredda rapidamente mentre ricade sulla Terra e forma tektites – vetri spray a impatto. Le tektiti sono principalmente composte da silice amorfa (SiO2). Gli Indochiniti sono tectiti di colore nero provenienti dal sud-est asiatico che di solito sono subsferiche, a forma di goccia o a forma di manubrio. Si trovano in tutto il Campo Sparso di Tectite Indochinite che si stima si estenda dal 10 al 20% della superficie terrestre. Indochiniti sono state trovate dal Madagascar all’Antartide, dalla Tasmania fino alla Cina meridionale. L’età degli indochiniti è stata segnalata tra circa 783 e 803 ka. Località: sito non registrato/non divulgato nel sud-est asiatico – Autore Saint John – Tektite di indochinite (Pleistocene, 783-803 ka; Campo Sparso di Tektite Australasia, sud-est asiatico) 14.jpg – Wikimedia Commons
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Tectite
Tectite (Tektite) rientra nella categoria dei “vetri meteoritici”. Si tratta di una particolare forma vetrosa naturale generata dalla solidificazione di rocce della crosta terrestre che fondono a causa dell’impatto di meteoriti. La sua forma è frequentemente allungata, come una goccia, ed il suo colore è nero intenso.
La spiaggia di vetro a Fort Bragg, California – Fonte originariamente pubblicato su Flickr come Glass Beach / wave – Autore Jef Poskanzer Glass Beach Fort Bragg 2.jpg – Wikimedia Commons
Non ultimo esiste anche il vetro marino (sea glass) che si forma quando i frammenti di bottiglie, barattoli o bicchieri gettati in mare vengono levigati per decenni dalle onde e dalla sabbia. L’interazione con l’acqua salata crea un caratteristico aspetto smerigliato, trasformando rifiuti in piccole gemme lisce che sono molto ricercate. L’acqua salata reagisce con la struttura del vetro in un lungo processo chiamato idratazione, che conferisce alla superficie una finitura opaca e ghiacciata. Un regalo del mare che ci racconta la lunga storia dl vetro, iniziata molto tempo fa e poi diffusa grazie ai commerci marittimi.
Vincenzo Popio
in anteprima un blocco di vetro all’estremità di un bastone da NHK News Kobe caravan su Aioi J09 117.jpg – Wikimedia Commons – Immagine tratta dalla registrazione televisiva della diretta streaming della NHK Kobe TV, 2009. La foto è stata scattata al Castello di Aioi Peron, nella città di Aioi, ultima tappa della trasmissione.
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Laureato in Scienze Marine presso l’Università di Pisa con un Ph. D. in Maritime Science e Master in “Environmental science and sea pollution research” presso la Pacific Western University di Los Angeles, California, il dottor Popio ha trascorso oltre 32 anni di servizio attivo nella Marina Militare. Ha ricoperto incarichi di Comando a bordo delle unità navali, come Direttore agli Studi presso Istituti di Formazione militare e come rappresentante della Marina presso l’Ufficio del Sottocapo di Stato Maggiore della Difesa. Lasciato il servizio attivo, il dr. Popio, ha continuato, in campo civile, a fornire il proprio contributo per la salvaguardia dell’ambiente marino e di tutte le sue specie, collaborando in diversi progetti riguardanti l’ambiente, con le Università di Bari, Lecce, Napoli e con l’Istituto per l’Ambiente Marino Costiero-CNR di Taranto. Numerosi sono gli articoli pubblicati sulla stampa locale sull’inquinamento (aria, mare, suolo) a Taranto, dovuto alla presenza delle industrie pesanti. Uno studio particolare è stato effettuato sul Mar Piccolo e il Mar Grande di Taranto.