La storia del vetro

Il vetro naturale, è in uso fin dall'antichità.Il primo utilizzo del vetro è attestato già dal III millennio a.C. in Mesopotamia. La prima manifattura documentata del vetro si ha in Egitto, nel II millennio a.C., quando fu impiegato nella produzione di stoviglie, altri utensili e monili (detti perle di vetro).

Nella metà del I secolo a.C. circa 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.

Oggetti in vetro risalenti ai secoli VII e VIII sono stati rinvenuti sull'isola di Torcello, vicino a Venezia. Ciò testimonia una relazione tra l'epoca romana e l'importanza di questa città nella manifattura vetraria. 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.

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.
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 J. Blenko all'inizio del XX secolo.

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.

Da un punto di vista chimico-fisico il vetro è un solido amorfo o liquido ad alta viscosità, che viene prodotto dal rapido raffreddamento di materiale siliceo allo stato fuso. Un esempio si ha versando dello zucchero da tavola fuso su una superficie fredda: il risultato è la formazione di un solido amorfo, con fratturazione di tipo concoide, privo di struttura cristallina (come aveva invece lo zucchero inizialmente). Al contrario di come può sembrare, il vetro non è un solido, bensì un fluido molto viscoso i cui legami intermolecolari e gli attriti interni ne mantengono inalterata la forma per un tempo lunghissimo. Questo è dimostrato da un punto di vista termodinamico dal fatto che per rendere il vetro malleabile è necessario fornire una quantità di calore (aumentando la temperatura) molto minore di quella che sarebbe teoricamente necessaria per effettuare una transizione di fase. Inoltre se il vetro fosse solido, durante la sua liquefazione la sua temperatura dovrebbe rimanere costante (come per tutte le transizioni di fase, in cui si ha scambio di calore latente), mentre in realtà si osserva sperimentalmente un aumento di temperatura (ovvero uno scambio di calore sensibile).

Comunemente con il termine vetro si intende in particolare il vetro siliceo, utilizzato ad esempio nella costruzione degli edifici, come contenitore o nella manifattura di elementi decorativi.

In forma pura, il vetro è trasparente, duro, pressoché inerte dal punto di vista chimico e biologico, e presenta una superficie molto liscia. Queste caratteristiche ne fanno un materiale utilizzato in molti settori; allo stesso tempo il vetro è fragile e tende a rompersi in frammenti taglienti. Questi svantaggi possono essere ovviati (in parte o interamente) con l'aggiunta di altri elementi chimici o per mezzo di trattamenti termici.

Il vetro comune è costituito quasi esclusivamente da diossido di silicio (SiO₂) (chiamato anche silice, gli stessi componenti della forma cristallina più comune che è il quarzo e cioè atomi di silicio e di ossigeno) e dalla sua forma policristallina, la sabbia. In forma pura, la silice ha un punto di fusione di circa 2000 °C ma spesso durante la produzione del vetro vengono aggiunte altre sostanze per abbassare questa temperatura. Una di queste è la soda (carbonato di sodio Na₂CO₃) oppure la potassa (carbonato di potassio) che abbassano il punto di fusione a circa 1000 °C. Poiché la presenza di soda rende il vetro solubile in acqua (caratteristica certo non desiderabile), viene aggiunta anche calce (ossido di calcio, CaO) per ripristinare l'insolubilità.