miniatura|Got de vidre romà de la segona meitat del segle IV, trobat a Colònia Un vidre és una matèria sòlida aconseguida a partir del refredament d'un líquid evitant-ne la cristal·lització. El vidre comú és una matèria amorfa, relativament dura, químicament inerta i biològicament inactiva. El primers humans el consideraven un material semipreciós, ja que tenia una certa semblança amb les pedres precioses, a més de la dificultat d'obtenir-lo. Al principi, només servia per a guarniment. A mesura que es va dominar el foc, les aplicacions es van ampliar, encara que ara el plàstic el substitueix per a certes funcions.
En disminuir la temperatura, la densitat i la viscositat d'un líquid augmenten progressivament. Si durant el procés de refredament s'aconsegueix evitar la cristal·lització del material, el líquid adquireix una viscositat prou alta per a ser considerat un sòlid. El valor de viscositat en el qual es considera que hi ha la transició líquid-vidre o transició vítria es defineix arbitràriament amb Pa·s. El vidre no té, doncs, una estructura cristal·lina sinó que les seves molècules estan ordenades de forma similar a un líquid, és a dir, sense ordre a llarg abast.
Els vidres més comuns i utilitzats per la tecnologia humana des de fa milers d'anys són els formats per òxid de silici () i òxid de bor () com a substàncies principals. Tanmateix, la vitrificació pot aconseguir-se en molts tipus de substàncies incloent-hi compostos iònics, molècules orgàniques (per ex., etanol), metalls, polímers, etc. Les característiques i propietats de l'estat vitri i la transició vítria en les diferents substàncies tenen múltiples aplicacions tècniques, i van des de la producció clàssica d'utensilis domèstics de vidre fins als discs compactes o els pneumàtics d'automòbil. S'estima que la major part de l'aigua existent a l'univers es troba en forma sòlida amorfa, és a dir, en estat vitri.
Història del vidre miniatura|Ampolla de color
El vidre en l'antiguitat Els primers objectes de vidre que es van fabricar van ser peces de collar o grans de vidre. És probable que fossin artesans asiàtics els que van establir la manufactura del vidre a Egipte, d'on procedeixen els primers vasos produïts durant el regnat de Tuthmosis III (1504-1450 aC). La fabricació del vidre va florir a Egipte i Mesopotàmia fins al 1200 aC i posteriorment va cessar gairebé per complet durant diversos segles. Egipte va produir un vidre clar, que contenia sílice pura; l'acolorien de blau i verd. Durant l'època hel·lenística, Egipte es va convertir en el principal proveïdor d'objectes de vidre de les corts reials. Tanmateix, va ser a les costes fenícies on es va desenvolupar l'important descobriment del vidre bufat al . Durant l'època romana, la manufactura del vidre es va estendre per l'imperi, des de Roma fins a Alemanya.
Tractats sobre el vidre Hi ha alguns tractats antics sobre el vidre de díficil consulta que tingueren poca influència sobre la indústria vidrera(cal recordar que una de les obres del benedictí Teòfil esmenta una fórmula del vidre i alguns detalls sobre el color). N'hi dos però que estàn ben estudiats i que sí que tingueren una difusió i influència importants.
El primer tractat a considerar és català: La “Sedacina”, obra del frare carmelità Guillem Sedacer, de Barcelona, datada el 1378. L'orde del Carmel es relaciona amb la muntanya del Carmel (Mont Carmel), molt a prop de l'antiga ciutat d'Acre i del riu Belos (actual riu Na’aman), llegendària ubicació del descobriment del vidre. La Sedacina és important perqué parla d'aspectes reals amb detalls escrits a peu de forn. Un dels aspectes cabdals és la fabricació d'un vidre molt transparent, susceptible de ser emprat en casos concrets (ampolleta nàutica, ulleres i lents, lupes i telescopis). Un dels objectius de Sedacer era la fabricació de gemmes de diversos colors, la base de les quals era un vidre transparent. Uns altres aspecte a destacar són les diverses fórmules de Sedacer basades en el plom. (Cal tenir en compte que les històries “oficials” daten el “cristallo” inventat a Venècia per Barovier el 1463; i el vidre “flint” a base de plom patentat a Anglaterra per Ravencroft el 1672. L'obra de Sedacer es va avançar en totes dues innovacions).
L'altre tractat a considerar és “Arte vetraria” d'Antonio Neri. L'obra esmenta la barrella (“soda di Spagna”) i el salicorn, ben coneguts i documentats en les nostres terres.
Composició i fabricació tradicionals La fabricació del vidre tradicional exigeix unes materies primeres (sorra silícea, sosa=barrella o salicorn), un forn adequat (amb totxos refractaris) i una gran quantitat de llenya. Entre les materies primeres hom hi pot afegir alguns components calcaris i alguns additius que, tot i la seva petita proporció, poden millorar les qualitats del vidre final. Entre les sorres més antigues i més preuades hi havia les del riu Belos, a prop del Mont Carmel. La llegenda de la invenció del vidre per part dels fenicis fou explicada per Plini, Estrabó, Flavius Josephus i altres. El fundent, anomenat genèricament “sosa”, no era altre que les cendres de la barrella (en els vidres ordinaris) o les cendres del salicorn (en els vidres de luxe ; hi ha algun autor que recomanava beure en copes de vidre de salicorn). El forn o fornal del vidre i el vidre transparent ja foren esmentats per Ramon Llull. Els forns situats enmig de les ciutats (com ara la de Barcelona) eren un perill i un destorb per als veïns. També la necessitat de proveir-se de llenya en els boscos propers suposava una competència per a altres aplicacions. A Catalunya hi ha documentats forns, prohibicions i decrets referents al vidre.
Estat vitri Tradicionalment, s'ha considerat que la matèria podia presentar-se sota tres formes: la sòlida, la líquida i la gasosa. Nous mitjans d'investigació de la seva estructura íntima -particularment durant el - han posat al descobert altres formes o estats en els quals la matèria pot presentar-se. Per exemple, l'estat mesomorf (una forma líquida amb les seves fases emèctiques, pneumàtiques i colestèriques), l'estat de plasma (o estat plasmàtic, propi de gasos ionitzats a temperatures molt altes) o l'estat vítric, entre d'altres.
Els cossos en estat vitri es caracteritzen per presentar un aspecte sòlid amb certa duresa i rigidesa i que davant d'esforços externs moderats es deformen de manera generalment elàstica. Tanmateix, igual com els líquids, aquests cossos són òpticament isòtrops, transparents a la major part de l'espectre electromagnètic de radiació visible. Quan s'estudia la seva estructura interna amb mitjans com la difracció de raigs X, dona lloc a bandes de difracció difuses similars a les dels líquids. Si s'escalfen, la seva viscositat va disminuint gradualment -com la major part dels líquids- fins a assolir valors que permeten la seva deformació sota l'acció de la gravetat, i per exemple prendre la forma del recipient que els conté com a verdaders líquids. No obstant això, no presenten un punt clarament marcat de transició entre l'estat sòlid i el líquid o punt de fusió.
Totes aquestes propietats han portat alguns investigadors a definir l'estat vitri no com un estat de la matèria diferent, sinó simplement com el d'un líquid subrefredat o líquid amb una viscositat tan alta que li confereix aspecte de sòlid, sense ser-ho. Aquesta hipòtesi implica la consideració de l'estat vitri com un estat metaestable en què una energia d'activació suficient de les seves partícules hauria de conduir al seu estat d'equilibri, és a dir, al de sòlid cristal·lí.
miniatura|Figura 1: Cristall organitzat de SiO₂
En suport d'aquesta hipòtesi, s'addueix el fet experimental que, escalfat un cos en estat vitri fins a obtenir un comportament clarament líquid (a una temperatura prou elevada perquè la seva viscositat sigui inferior als 500 poises, per exemple), si es refreda lentament i acurada, aportant-li alhora l'energia d'activació necessària per a la formació dels primers corpuscles sòlids (sembra de microcristalls, presència de superfícies activadores, catalitzadors de nucleació, etc.), sol solidificar-se donant lloc a la formació de conjunts de verdaders cristalls sòlids.
Tot sembla indicar que els cossos en estat vitri no presenten una ordenació interna determinada, com ocorre amb els sòlids cristal·lins. Tanmateix, en molts casos, s'observa un desordre ordenat, és a dir, la presència de grups ordenats que es distribueixen en l'espai de manera totalment o parcialment aleatòria.
Això ha conduït diferents investigadors a plantejar diverses teories sobre l'estructura interna de l'estat vitri, tant de tipus geomètric, basades tant en les teories atòmiques com en les de tipus energètic.
Procés d'obtenció miniatura|Figura 2: SiO₂ en estat vitri Els primers materials per a obtenir vidre són potassi, silici i calcària. Per obtenir-lo, s'han de barrejar les matèries primeres, en la proporció adequada. S'hi afegeix vidre ja usat i esmicolat i s'introdueix tot al forn a 1.500 graus. Dins del forn, les matèries primeres es fonen i es tornen líquides. Quan la massa es refreda, es torna sòlida, i té les qualitats del vidre. Les tècniques més importants de donar forma al vidre són: el bufat, el premsat i el laminat.
Sílice vítria miniatura|El carrer de la Vidrieria al barri del Born de Barcelona Es denomina sílice un òxid de silici de fórmula química SiO₂. Es presenta en estat sòlid cristal·lí sota diferents formes enanciotrópiques. Les més conegudes són el quars (la més freqüent i estable a temperatura ambient), la cristobalita i les tridimites. A més d'aquestes formes, se n'han arribat a identificar fins a vint-i-dues fases diferents, cada una d'aquestes estable a partir d'una temperatura perfectament determinada.
Quan s'escalfa el quars lentament, aquest va passant per diferents formes enanciotròpiques fins a abastar el seu punt de fusió a 1.723 °C. A aquesta temperatura, s'obté un líquid incolor i molt viscós que, si es refreda amb relativa rapidesa, es converteix en una substància de naturalesa vítria a la qual se sol denominar vidre de quars.
Aquest vidre de quars presenta un conjunt de propietats de gran utilitat i aplicació en múltiples disciplines: en la investigació científica, tecnològica, en la vida domèstica i, en general, en tot tipus d'indústria. Es destaquen com a més rellevants les següents:
Gran resistència a l'atac per agents químics, per la qual cosa és molt utilitzat com a material de laboratori. Només és atacat, de manera important a temperatura ambient, per l'àcid fluorhídric en les seves diferents formes (gasosa o dissolució). A temperatures superiors a 800 °C, reacciona a velocitats apreciables amb sals alcalines o alcalinotèrries, en particular amb sals sòdiques, tals com el carbonat o el sulfat sòdic. Si bé la seva densitat a temperatura ambient és relativament alta (2,2 g/cm³), el seu coeficient de dilatació lineal mitjà a temperatures inferiors als 1.000 °C és extremadament petit: se situa en 5,1.10-7 K-1, la qual cosa permet, per exemple, escalfar-lo al roig i submergir-lo bruscament en aigua, sense que es fracturi. El nombre d'aplicacions que aquesta propietat suscita és elevat. El seu índex de refracció a la radiació electromagnètica visible és 1,4589, cosa que el fa apte per a instruments òptics en general. La seva resistivitat elèctrica és de l'ordre dels 1020 ohm·cm en condicions normals, cosa que el converteix en un dels millors aïllants elèctrics coneguts, amb totes les aplicacions que se'n deriven en la indústria moderna. L'absorció de la radiació electromagnètica del vidre de quars mostra una gran transparència a la llum visible així com a les bandes corresponents a l'espectre ultraviolat, cosa que el fa especialment apte per a la fabricació de làmpades i altres instruments generadors d'aquest tipus de radiació. miniatura|Artesans treballant el vidre. Il·lustració del Museu Valencià d'Etnologia.