¿Por qué el vidrio de laboratorio no explota en el horno? La respuesta sale cara

Escrito por Quimitube el 7 noviembre

Recuerdo que, cuando empecé la carrera de química y comenzaron con ella las primeras prácticas de laboratorio, pesaba siempre una amenaza sobre las cabezas de los alumnos. Tal vez los profesores lo hacían de forma inconsciente, pero ahí estaba; antes, incluso, de explicar qué íbamos a hacer en la asignatura o cuál era el fundamento de la práctica a realizar, proferían cosas como:

– Tened mucho cuidado con el material. Es muy caro.

Y después se extendían rumores entre los alumnos del tipo:

– Me han dicho que esta piececita de aquí -por ejemplo, un pesasustancias, un embudo filtrador o un adaptador para un montaje de destilación- vale X euros.

Donde X era una cifra considerablemente más elevada de lo que ninguno de nosotros hubiese podido imaginar.

A parte del procesos de fabricación y de las cuestiones logísticas, lo cierto es que el material de vidrio de laboratorio es muy caro por el vidrio en sí.

– Es que no es un cristal normal. Está hecho de borosilicato.

– Ah.

El vidrio de borosilicato tiene algunos nombres comerciales, como DURAN, Kimax o el más popular Pyrex (por los recipientes de cocina), y data de finales del siglo XIX. Mientras que el vidrio tradicional (vidrios de cal sodada o, simplemente, de silicato sódico) se elabora esencialmente utilizando sílice (SiO2) y carbonatos u óxidos de sodio y calcio, al vidrio borosilicatado se le suele añadir en torno a un 10% de un óxido ácido, el óxido bórico (B2O3), sólido blanco o incoloro, obtenido por calentamiento del bórax (tetraborato de sodio, Na2B4O7·10H2O), según la reacción:

Este óxido bórico actúa como formador de red y como fundente y, a veces, todos los compuestos de sodio y calcio del vidrio común son sustituidos por el mismo. La composición más habitual del Pyrex es:

Sílice (SiO2): 80,6%

Alúmina (Al2O3): 2,2%

Óxido bórico (B2O3): 12,6%

Óxido sódico (Na2O): 4,2%

En el borosilicato, las unidades tetraédricas [SiO4] y unidades triangulares [BO3], forman redes que le confieren sus propiedades, como su menor punto de fusión, su amplio intervalo plástico y su menor coeficiente de dilatación.

Vaso de laboratorio de borosilicato y vaso de vidrio de silicato sódico

¿Y qué hace que este vidrio de borosilicato sea más apto para laboratorio que un vidrio normal? La respuesta se halla en su coeficiente de dilatación. Dopar el vidrio con óxido bórico disminuye el coeficiente de dilatación del material resultante a un tercio del coeficiente de dilatación del vidrio común, lo cual lo hace muchísimo más resistente al choque térmico (contracciones y expansiones por cambios de temperatura).

Si introduces un vaso de vidrio de silicato a una temperatura muy elevada dentro del horno y después lo sacas y lo introduces en agua fría, o incluso si lo dejas a temperatura ambiente, es bastante posible que se haga añicos o, al menos, que se resquebraje. Esto se debe a que, puesto que su coeficiente de expansión térmica es muy elevado, las tensiones generadas en la estructura con estos cambios de temperatura (unas zonas de la estructura se pueden expandir o contraer más que otras), pueden generar suficiente energía como para romper los enlaces químicos.

Un vaso de vidrio de borosilicato es mucho más resistente a estos cambios porque se expande y se dilata en menor medida (las tensiones generadas disminuyen), y por eso se puede utilizar sin problemas en un laboratorio para operaciones que implican cambios bruscos de temperatura, que son habituales. De hecho, es apto incluso para calentamiento directo a la llama.

Así que ya sabéis: si alguna vez os manejáis dentro de un laboratorio, cuidadito con el vidrio, ¡que siempre se resbala! (Lo digo por experiencia).

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