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vidrio de plomo

Copa de vino de cristal tallado hecha de vidrio de plomo. El vidrio de plomo , comúnmente llamado cristal , es una variedad de vidrio en la que el plomo reemplaza el contenido d...

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Copa de vino de cristal tallado hecha de vidrio de plomo.

El vidrio de plomo , comúnmente llamado cristal , es una variedad de vidrio en la que el plomo reemplaza el contenido de calcio de un vidrio de potasa típico . [ 1 ] El vidrio de plomo generalmente contiene 18–40% (en masa) de óxido de plomo(II) (PbO); el cristal de plomo moderno o cristal plomado , [ 2 ] históricamente también conocido como vidrio de sílex por la fuente de sílice original , contiene un mínimo de 24% de PbO. [ 3 ] El vidrio de plomo es deseable para una variedad de usos debido a su claridad. [ 4 ] En términos de marketing, a menudo se le llama vidrio de cristal .

El término cristal de plomo , técnicamente, no describe con precisión el vidrio de plomo, ya que este carece de estructura cristalina y es, en cambio, un sólido amorfo . El uso del término sigue siendo popular por razones históricas y comerciales, pero a veces se cambia a simplemente cristal debido a la reputación del plomo como sustancia tóxica. Proviene de la palabra veneciana cristallo , que describe el cristal de roca ( cuarzo ) imitado por los vidrieros de Murano . Esta nomenclatura se ha mantenido hasta nuestros días para describir objetos decorativos huecos . [ 5 ]

Antiguamente, la cristalería de plomo se utilizaba para almacenar y servir bebidas, pero los riesgos para la salud que conlleva el plomo han hecho que su uso sea poco frecuente. No es seguro beber ni comer en recipientes de cristal de plomo, ya que el plomo, un neurotóxico, se filtra del vidrio y pasa a los alimentos. Un material alternativo es el cristal moderno, en el que se emplean óxido de bario , óxido de zinc u óxido de potasio en lugar de óxido de plomo.

En la Unión Europea , el etiquetado de los productos de «cristal» está regulado por la Directiva 69/493/CEE del Consejo, que define cuatro categorías, según la composición química y las propiedades del material. Solo los productos de vidrio que contienen al menos un 24 % de óxido de plomo pueden denominarse «cristal de plomo». Los productos con menor contenido de óxido de plomo, y los productos de vidrio que utilizan otros óxidos metálicos en lugar de óxido de plomo, deben etiquetarse como «cristalino» o «vidrio de cristal». [ 6 ]

Propiedades

La adición de óxido de plomo al vidrio aumenta su índice de refracción y disminuye su temperatura de trabajo y viscosidad . Las atractivas propiedades ópticas del vidrio de plomo se deben a su alto contenido en este metal pesado . El plomo, cuya densidad es más de siete veces mayor que la del calcio, también aumenta la densidad del vidrio. La densidad del vidrio sódico es de 2,4 g / cm³ ( 1,4 oz/pulg³ ) o inferior, mientras que el cristal de plomo típico tiene una densidad de alrededor de 3,1 g/cm³ ( 1,8 oz/pulg³ ) y el vidrio con alto contenido de plomo puede superar los 4,0 g/cm³ ( 2,3 oz/pulg³ ) o incluso alcanzar los 5,9 g/cm³ ( 3,4 oz/pulg³ ) . [ 1 ]            

El brillo del cristal de plomo surge del alto índice de refracción causado por el contenido de plomo. El vidrio común tiene un índice de refracción ( n ) de 1,5, mientras que la adición de plomo produce un rango de hasta 1,7 [ 1 ] o 1,8. [ 7 ] Este índice de refracción aumentado también se correlaciona con una mayor dispersión , una medida del grado en que un medio separa la luz en sus longitudes de onda componentes, produciendo así un espectro de colores al igual que un prisma . Las técnicas de corte de cristal aprovechan estas propiedades para crear un efecto brillante y centelleante, ya que cada faceta cortada en el vidrio tallado refleja y transmite la luz a través del objeto. El alto índice de refracción es útil para la fabricación de lentes , ya que se puede lograr una distancia focal determinada con una lente más delgada. Sin embargo, la dispersión debe corregirse con otros componentes del sistema de lentes si la lente debe ser acromática .

La adición de óxido de plomo al vidrio de potasa también reduce su viscosidad , haciéndolo más fluido que el vidrio de sosa común por encima de su temperatura de reblandecimiento (alrededor de 600 °C o 1112 °F ), con un punto de trabajo de 800 °C (1470 °F) . La viscosidad del vidrio varía radicalmente con la temperatura, pero la del vidrio de plomo es aproximadamente dos órdenes de magnitud menor que la de los vidrios de sosa comunes en todos los rangos de temperatura de trabajo (hasta 1100 °C o 2010 °F ). [ 8 ] Desde la perspectiva del fabricante de vidrio, esto resulta en dos efectos prácticos. Primero, el vidrio de plomo se puede trabajar a una temperatura más baja, lo que facilita su uso en el esmaltado ; segundo, se pueden hacer recipientes transparentes sin burbujas de aire atrapadas con menos dificultad que con vidrios comunes, lo que permite la fabricación de objetos perfectamente transparentes e impecables.      

Cuando se golpea, el cristal de plomo produce un sonido resonante, a diferencia de los vasos comunes. Las copas de vino hechas de vidrio de plomo son apreciadas por el "sonido" que se produce al chocar los vasos . El sonido se consideraba mejor cuando había una gran cantidad de óxido de plomo presente en el material de fabricación del vidrio, como en las copas de vino británicas e irlandesas de los siglos XVII-XIX, con sus "ricas notas de campana de fa y sol sostenido ". [ 9 ] Los consumidores todavía confían en esta propiedad para distinguir el vidrio de plomo de los vasos más baratos. Emil Deeg había publicado un estudio importante [ 10 ] sobre el sonido resonante del cristal de plomo en 1958. [ 11 ] Dado que los iones de potasio están unidos más fuertemente en una matriz de sílice-plomo que en un vidrio de sosa-cálcica , el primero absorbe más energía cuando se golpea . Esto hace que el cristal de plomo oscile , produciendo así su sonido característico. [ 1 ] El plomo también aumenta la solubilidad del estaño , el cobre y el antimonio , lo que lleva a su uso en esmaltes y vidriados de color . La baja viscosidad del vidrio fundido con plomo es la razón del alto contenido típico de óxido de plomo en las soldaduras de vidrio .

Sala de fluoroscopia con espacio de control separado por vidrio blindado de plomo.

La presencia de plomo se utiliza en vidrios que absorben radiación gamma y rayos X , y en blindaje contra la radiación como una forma de blindaje de plomo (por ejemplo, en tubos de rayos catódicos , reduciendo así la exposición del observador a rayos X blandos). En física de partículas , la combinación de la baja longitud de radiación resultante de la alta densidad y presencia de núcleos pesados ​​con el alto índice de refracción que produce tanto una radiación Cherenkov pronunciada como la contención de la luz Cherenkov por reflexión interna total hace del vidrio de plomo una de las herramientas más importantes para la detección de fotones mediante cascadas electromagnéticas .

El elevado radio iónico del ion Pb 2+ lo hace altamente inmóvil en la matriz y dificulta el movimiento de otros iones; por lo tanto, los vidrios de plomo tienen una alta resistencia eléctrica, aproximadamente dos órdenes de magnitud mayor que el vidrio de sosa-cálcica (10 8,5 frente a 10 6,5 ohm·cm, CC a 250 °C o 482 °F ). [ 12 ] El vidrio que contiene plomo se utiliza con frecuencia en luminarias .  

Historia

El plomo puede introducirse en el vidrio como ingrediente de la masa fundida primaria o como adición a vidrio preformado sin plomo o frita . El óxido de plomo utilizado en el vidrio de plomo puede obtenerse de diversas fuentes. En Europa, la galena  (sulfuro de plomo  ) era ampliamente accesible y podía fundirse para producir plomo metálico. El plomo metálico se calcinaba para formar óxido de plomo mediante tostado y raspado del litargirio . En la época medieval, el plomo metálico podía obtenerse mediante el reciclaje de yacimientos romanos abandonados y tuberías, incluyendo los tejados de las iglesias. El plomo metálico era muy demandado para la copelación de plata , y el litargirio resultante podía ser utilizado directamente por los vidrieros. El plomo también se utilizaba para los vidriados cerámicos. Esta interdependencia de materiales sugiere una estrecha relación de trabajo entre alfareros, vidrieros y metalúrgicos. [ 13 ]

Los vidrios con contenido de óxido de plomo aparecieron por primera vez en Mesopotamia , la cuna de la industria del vidrio . [ 5 ] El ejemplo más antiguo conocido es un fragmento de vidrio azul de Nippur , datado en 1400 a. C., que contiene 3,66 % de PbO. El vidrio se menciona en tablillas de arcilla del reinado de Asurbanipal (668-631 a. C.), y una receta para vidriado de plomo aparece en una tablilla babilónica de 1700 a. C. [ 14 ] Una pastilla de lacre rojo encontrada en el Palacio Quemado de Nimrud , de principios del siglo VI a. C., contiene 10 % de PbO. Estos bajos valores sugieren que el óxido de plomo puede no haber sido añadido conscientemente, y ciertamente no se usó como agente fundente principal en los vidrios antiguos.

El vidrio de plomo también se encuentra en la China del período Han (206 a. C.  – 220 d. C.). Allí, se fundía para imitar el jade , tanto para objetos rituales como figuras grandes y pequeñas, como para joyería y una gama limitada de vasijas. Dado que el vidrio aparece por primera vez en una fecha tan tardía en China, se cree que la tecnología fue introducida a lo largo de la Ruta de la Seda por vidrieros de Oriente Medio. [ 5 ] Sin embargo, la diferencia fundamental en la composición entre el vidrio de sílice- natrón occidental y el singular vidrio de plomo chino podría indicar un desarrollo autónomo.

En la Europa medieval y de principios de la Edad Moderna , el vidrio de plomo se utilizaba como base en vidrios de colores, específicamente en teselas de mosaico , esmaltes, vidrieras y bisutería , donde se empleaba para imitar piedras preciosas . Se conservan varias fuentes textuales que describen el vidrio de plomo. A finales del siglo XI y principios del XII, en la Schedula Diversarum Artium ( Lista de diversos oficios ), el autor conocido como " Teófilo Presbítero " describe su uso como imitación de gemas, y el título de un capítulo perdido de la obra menciona el uso del plomo en el vidrio. El seudónimo "Heraclius" del siglo XII-XIII detalla la fabricación del esmalte de plomo y su uso para la pintura de vidrieras en su De coloribus et artibus Romanorum ( Sobre los colores y los oficios de los romanos ). En esta obra se refiere al vidrio de plomo como "vidrio judío", lo que quizás indique su transmisión a Europa. [ 14 ] Un manuscrito conservado en la Biblioteca Marciana de Venecia describe el uso del óxido de plomo en esmaltes e incluye recetas para calcinar el plomo y formar el óxido. El vidrio de plomo era ideal para esmaltar vasijas y ventanas debido a su menor temperatura de trabajo que el vidrio forestal del cuerpo.

Antonio Neri dedicó el cuarto libro de su obra L'Arte Vetraria («El arte de la fabricación de vidrio», 1612) al vidrio de plomo. En este primer tratado sistemático sobre el vidrio, vuelve a referirse al uso del vidrio de plomo en esmaltes, cristalería y para la imitación de piedras preciosas. Christopher Merrett lo tradujo al inglés en 1662 ( The Art of Glass ), allanando el camino para la producción de vidrio de plomo inglés por George Ravenscroft.

George Ravenscroft (1618–1681) fue el primero en producir cristalería de plomo transparente a escala industrial. Hijo de un comerciante con estrechos vínculos con Venecia, Ravenscroft contaba con los recursos culturales y financieros necesarios para revolucionar el comercio del vidrio, sentando las bases desde las cuales Inglaterra superó a Venecia y Bohemia como centro de la industria del vidrio en los siglos XVIII y XIX. Con la ayuda de vidrieros venecianos, especialmente da Costa, y bajo los auspicios de la Venerable Compañía de Vendedores de Vidrio de Londres, Ravenscroft buscó una alternativa al cristallo veneciano . Su uso de sílex como fuente de sílice ha dado origen al término « vidrio de sílex» para describir estos vidrios de cristal, a pesar de su posterior cambio a arena. [ 3 ] Al principio, sus vidrios tendían a agrietarse , desarrollando una red de pequeñas fisuras que destruían su transparencia, lo cual finalmente se superó reemplazando parte del fundente de potasa con óxido de plomo en la fundición, hasta un 30%. El agrietamiento se produce por la destrucción de la red vítrea debido a un exceso de álcali, y puede ser causado por un exceso de humedad, así como por defectos inherentes en la composición del vidrio. [ 1 ] Se le concedió una patente protectora en 1673, y la producción se trasladó de su fábrica de vidrio en el recinto del Savoy , Londres, al aislamiento de Henley-on-Thames . [ 15 ] En 1676, habiendo aparentemente superado el problema del agrietamiento, a Ravenscroft se le concedió el uso de un sello con la cabeza de un cuervo como garantía de calidad. En 1681, año de su muerte, la patente expiró y las operaciones se desarrollaron rápidamente entre varias empresas, de modo que para 1696 veintisiete de las ochenta y ocho fábricas de vidrio de Inglaterra, especialmente en Londres y Bristol, producían vidrio sílex con un contenido de 30-35% de PbO. [ 3 ]

En este período, el vidrio se vendía por peso, y las formas típicas eran bastante pesadas y sólidas, con una decoración mínima. Sin embargo, tal fue su éxito en el mercado internacional que, en 1746, el gobierno británico impuso un lucrativo impuesto por peso. En lugar de reducir drásticamente el contenido de plomo de su vidrio, los fabricantes respondieron creando formas más pequeñas, delicadas y muy decoradas, a menudo con tallos huecos, conocidas hoy por los coleccionistas como vasos de impuesto especial . [ 3 ] En 1780, el gobierno concedió a Irlanda el libre comercio de vidrio sin impuestos. La mano de obra y el capital ingleses se trasladaron entonces a Dublín y Belfast, y se instalaron nuevas fábricas de vidrio especializadas en vidrio tallado en Cork y Waterford . En 1825, se renovó el impuesto, y gradualmente la industria decayó hasta mediados del siglo XIX, cuando finalmente se derogó. [ 5 ]

Desde el siglo XVIII, el vidrio de plomo inglés se popularizó en toda Europa y se adaptaba perfectamente al nuevo gusto por la decoración de vidrio tallado a la rueda, perfeccionado en el continente debido a sus propiedades relativamente blandas. En Holanda, maestros grabadores locales como David Wolff y Frans Greenwood punteaban la cristalería inglesa importada, un estilo que se mantuvo popular durante todo el siglo XVIII. [ 5 ] Tal era su popularidad en Holanda que la primera producción continental de vidrio de cristal de plomo comenzó allí, probablemente como resultado de la llegada de trabajadores ingleses. [ 14 ] Imitar el cristal de plomo a la façon d'Angleterre presentaba dificultades técnicas, ya que los mejores resultados se obtenían con crisoles cubiertos en un horno de carbón, un proceso particularmente inglés que requería hornos cónicos especializados. [ 3 ] Hacia finales del siglo XVIII, el vidrio de cristal de plomo se producía en Francia, Hungría, Alemania y Noruega. [ 14 ] [ 16 ] Hacia 1800, el cristal de plomo irlandés había superado a los vidrios de cal y potasa en el continente, y los centros tradicionales de fabricación de vidrio en Bohemia comenzaron a centrarse en los vidrios de colores en lugar de competir directamente contra ellos.

El desarrollo del vidrio de plomo continuó durante el siglo XX, cuando en 1932, científicos de la fábrica de vidrio Corning , en el estado de Nueva York, desarrollaron un nuevo vidrio de plomo de gran claridad óptica. Este se convirtió en el principal objetivo de Steuben Glass Works , una división de Corning, que producía jarrones, cuencos y vasos decorativos de estilo art déco . El cristal de plomo se sigue utilizando en aplicaciones industriales y decorativas.

esmaltes de plomo

Las propiedades fundentes y refractivas valoradas del vidrio de plomo también lo hacen atractivo como esmalte para cerámica . Los esmaltes de plomo aparecen por primera vez en las piezas romanas del siglo I a. C. al siglo I d. C., y aparecen casi simultáneamente en China. Eran muy ricos en plomo, 45-60% PbO, con un contenido alcalino muy bajo, menos del 2%. [ 17 ] Desde el período romano, siguieron siendo populares durante los períodos bizantino e islámico en el Cercano Oriente , en vasijas de cerámica y azulejos en toda la Europa medieval, y hasta la actualidad. En China, se utilizaron esmaltes similares desde el siglo XII para esmaltes de color en gres, y en porcelana desde el siglo XIV. Estos podían aplicarse de tres maneras diferentes. El plomo podía añadirse directamente a un cuerpo cerámico en forma de un compuesto de plomo en suspensión, ya sea de galena (PbS), minio (Pb 3 O 4 ), blanco de plomo (2PbCO 3 ·Pb(OH) 2 ), u óxido de plomo (PbO). El segundo método consiste en mezclar el compuesto de plomo con sílice, que luego se coloca en suspensión y se aplica directamente. El tercer método consiste en fritar el compuesto de plomo con sílice, pulverizar la mezcla, suspenderla y aplicarla. [ 17 ] El método utilizado en una pieza en particular puede deducirse analizando microscópicamente la capa de interacción entre el esmalte y el cuerpo cerámico.

Los esmaltes opacificados con estaño aparecen en Irak en el siglo VIII d. C. Originalmente contenían 1–2% de PbO; para el siglo XI se habían desarrollado esmaltes con alto contenido de plomo, que típicamente contenían 20–40% de PbO y 5–12% de álcali. Estos se usaron en toda Europa y el Cercano Oriente, especialmente en la cerámica de Iznik , y continúan usándose hoy en día. En la mayólica española e italiana se encuentran esmaltes con un contenido de plomo aún mayor , con hasta un 55% de PbO y tan solo un 3% de álcali. [ 17 ] Agregar plomo al fundido permite la formación de óxido de estaño más fácilmente que en un esmalte alcalino: el óxido de estaño precipita en cristales en el esmalte a medida que se enfría, creando su opacidad.

El uso de esmaltes de plomo presenta varias ventajas sobre los esmaltes alcalinos, además de su mayor refractividad óptica. Los compuestos de plomo en suspensión pueden añadirse directamente al cuerpo cerámico. Los esmaltes alcalinos deben mezclarse previamente con sílice y fritarse , ya que son solubles en agua, lo que requiere trabajo adicional. Un buen esmalte no debe agrietarse ni desprenderse de la superficie de la cerámica al enfriarse, dejando zonas sin esmaltar. El plomo reduce este riesgo al disminuir la tensión superficial del esmalte. Tampoco debe cuartearse, formando una red de fisuras, que se produce cuando la contracción térmica del esmalte y del cuerpo cerámico no coinciden adecuadamente. Idealmente, la contracción del esmalte debería ser entre un 5 % y un 15 % menor que la del cuerpo, ya que los esmaltes son más resistentes a la compresión que a la tensión. Un esmalte con alto contenido de plomo tiene un coeficiente de dilatación lineal de entre 5 y 7 × 10⁻⁶ / °C, en comparación con 9 a 10 × 10⁻⁶ / °C para los esmaltes alcalinos. Las de la cerámica de loza varían entre 3 y 5×10 −6 /°C para cuerpos no calcáreos y de 5 a 7×10 −6 /°C para arcillas calcáreas, o aquellas que contienen 15–25% de CaO. [ 17 ] Por lo tanto, la contracción térmica del esmalte de plomo se ajusta más a la de la cerámica que un esmalte alcalino, lo que lo hace menos propenso al agrietamiento. Un esmalte también debe tener una viscosidad lo suficientemente baja para evitar la formación de poros a medida que los gases atrapados escapan durante la cocción, típicamente entre 900 y 1100  °C, pero no tan baja como para que se escurra. La viscosidad relativamente baja del esmalte de plomo mitiga este problema. También puede haber sido más barato de producir que los esmaltes alcalinos. [ 17 ] El vidrio y los esmaltes de plomo tienen una historia larga y compleja, y continúan desempeñando nuevos roles en la industria y la tecnología actuales.

cristal de plomo

cuentas de cristal de plomo

El óxido de plomo añadido al vidrio fundido confiere al cristal de plomo un índice de refracción mucho mayor que el del vidrio normal y, en consecuencia, un brillo mucho mayor al aumentar la reflexión especular y el rango de ángulos de reflexión interna total . El vidrio común tiene un índice de refracción de n = 1,5; la adición de plomo produce un índice de refracción de hasta 1,7. [ 1 ] Este mayor índice de refracción también aumenta la dispersión correlacionada , el grado en que el vidrio separa la luz en sus colores, como en un prisma . Los aumentos en el índice de refracción y la dispersión incrementan significativamente la cantidad de luz reflejada y, por lo tanto, el brillo del vidrio.

En el vidrio tallado , que ha sido cortado a mano o a máquina con facetas, la presencia de plomo también hace que el vidrio sea más blando y fácil de cortar. El cristal puede contener hasta un 35 % de plomo, punto en el que presenta el máximo brillo. [ 1 ]

Entre los fabricantes de objetos de cristal de plomo se incluyen:

Seguridad

Varios estudios han demostrado que servir alimentos o bebidas en recipientes de vidrio que contienen óxido de plomo puede provocar que el plomo se filtre al contenido, incluso cuando el recipiente no se ha utilizado para almacenar alimentos. Debido a la imposibilidad de "indicar un umbral para los efectos clave del plomo", un comité de la Organización Mundial de la Salud sobre aditivos alimentarios de 2011 "concluyó que no era posible establecer una nueva ingesta semanal tolerable provisional (ISTP ) que se considerara protectora para la salud". [ 20 ] [ 21 ]

La cantidad de plomo liberado del vidrio de plomo aumenta con la acidez de la sustancia que se sirve. Se ha demostrado que el vinagre, por ejemplo, causa una lixiviación más rápida en comparación con el vino blanco, ya que el vinagre es más ácido. [ 22 ] Los jugos cítricos y otras bebidas ácidas lixivian el plomo del cristal con la misma eficacia que las bebidas alcohólicas. [ 21 ] [ 23 ] Se encontró que el uso diario de cristalería de plomo (sin almacenamiento prolongado) agregaba hasta 14,5 μg de plomo por beber una bebida de cola de 350 ml. [ 21 ]

La cantidad de plomo que se libera en un alimento o bebida aumenta con el tiempo que permanece en el recipiente. En un estudio realizado en la Universidad Estatal de Carolina del Norte , se midió la migración de plomo en vino de Oporto almacenado en decantadores de cristal de plomo . [ 24 ] Después de dos días, los niveles de plomo eran de 89  μg/L (microgramos por litro). Después de cuatro meses, los niveles de plomo estaban entre 2000 y 5000  μg/L. El vino blanco duplicó su contenido de plomo en una hora de almacenamiento y lo triplicó en cuatro horas. Algunos brandies almacenados en cristal de plomo durante más de cinco años tenían niveles de plomo de alrededor de 20 000  μg/L. [ 25 ]

La lixiviación de plomo del mismo decantador disminuye con el uso repetido. Este hallazgo es "consistente con la teoría de la química cerámica, que predice que la lixiviación de plomo del cristal se autolimita exponencialmente en función de la distancia creciente a la interfaz cristal-líquido". [ 23 ]

Se ha propuesto que la asociación histórica de la gota con las clases altas en Europa y América se debió, en parte, al uso generalizado de decantadores de cristal de plomo para almacenar vinos fortificados y whisky . [ 26 ] Se han publicado datos estadísticos que vinculan la gota con la intoxicación por plomo . [ 27 ]

Véase también

Referencias

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Fuentes

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