Coloración por cationes disueltos

El cromóforo se disuelve e integra en la red vítrea desestructurada del silicio en forma de catión (Cu2+ , Mn2+ , Fe3+, etc…). Esto es lo que ocurre cuando añadimos materias primas que contienen óxidos metálicos, los cuales, al alcanzar la fusión, pierden el oxígeno y quedan en forma de cationes. Los colores exactos obtenidos son un poco impredecibles porque la coloración depende de un número elevado de variables como son la naturaleza del catión colorante, su concentración y su estado de oxidación, composición del vidriado (especialmente fundentes), y curva de cocción (temperatura de maduración y velocidad de enfriamiento). 

Todos los óxidos colorantes y sus cationes son también fundentes excepto Cr2O3 y Fe2O3. El colorante hierro rojo, Fe2O3, es anfótero y, aunque no tiene una naturaleza tan refractaria como la alúmina, puede provocar que los vidriados pierdan fluidez en la fusión. El Cr2O3 (que se transforma en CrO3 durante la cocción) es muy refractario y sube la temperatura de cocción de los vidriados.

La influencia fundente de los óxidos colorantes suele despreciarse, en la mayoría de los casos, por su bajo porcentaje de presencia en el vidriado o en la pasta. Los óxidos colorantes aportan resistencia al craquelado debido a su carácter fundente (excepto el cromo y el hierro rojo), por tanto, un vidriado transparente que craquele no craquela tanto al ser coloreado. 

Dentro del carácter fundente de los distintos óxidos colorantes, el vanadio V2O5 es un potente fundente,  el CuO y el FeO se comportan como modificadores alcalinos y el CoO y el MnO tienen comportamiento similar a los alcalinotérreos. Los cationes de óxidos colorantes neutros como Cr2O3 y Fe2O3 tienen un comportamiento semejante a la alúmina y su presencia provoca un aumento de la temperatura de fusión del vidriado. El NiO tiene un comportamiento refractario en baja temperatura similar a la alúmina, pero se vuelve fundente en alta temperatura. 

Los cationes cromóforos pueden coordinarse con oxígenos de muy diversas formas, en la red vítrea, por lo que se pueden obtener variaciones en el comportamiento de un mismo catión. Por ejemplo el catión Cu2+ puede dar colores azul o verde dependiendo de su número de coordinación con más o menos oxígeno.

Debido a su naturaleza de metales de transición, todos los elementos colorantes forman diversos óxidos que pueden utilizarse como materias primas. Sin embargo durante la cocción, en la mayoría de los casos, los distintos óxidos se transforman por la acción de la temperatura en otros óxidos, cambiando el elemento colorante de valencia. El óxido o los óxidos activos, cuando se llega a la temperatura de maduración, son los que liberan los cationes que se integran en la red vítrea. Las partículas cristalinas de óxido colorante que no se disuelven aportan el color del óxido cristalino. En el caso del cromo, gran parte de la coloración verde que produce se debe al óxido cristalino infundido, y no a los cationes disueltos, debido a su alta refractariedad.

Los óxidos activos en la fusión y los cationes  que se forman son:

  • Cobalto: El óxido presente en la fusión es el CoO de color gris-negro en su forma cristalina y produce cationes Co2+ (azul).  
  • Cromo: El óxido presente en la fusión es el CrO3, bastante refractario y difícil de disolver que da color verde en su forma cristalina. Muy volátil a partir de 1180ºC. En disolución genera los cationes Cr2+ (azul, solo en reducción), Cr3+ (azul verdoso) y Cr6+ (amarillo).
  • Cobre: Los óxidos de cobre presentes en la fusión son CuO (en oxidación) que genera cationes Cu2+ (color azul o verde) y Cu2O (en reducción) que genera cationes Cu+1 que se reducen para obtener cobre metálico Cu0 (rojo sangre de buey) que forma partículas de tamaños coloidales.
  • Hierro: Los óxidos de hierro presentes en la fusión son Fe2O3 (refractario)  y FeO (fundente) y una combinación de ambos conocida como Fe3O4. El Fe2O3 se transforma en FeO si se alcanzan 1200º en oxidación, o si se realiza reducción. En general suelen estar ambos óxidos presentes en mayor o menor medida. Los cationes de hierro son Fe2+ (verde azulado)  y Fe3+ (pardo rojizo).
  • Manganeso: El óxido activo es el MnO. Genera los cationes  Mn2+ (pardos) y Mn3+ (violetas) ambos fundentes a partir de 1080ºC.
  • Níquel: El óxido activo es el NiO. Genera el catión Ni2+ (marrones, verdes y azules) que es refractario en temperaturas bajas, pero a partir de 1200º se vuelve fundente y volátil
  • Vanadio:  El óxido es V2O5 y se generan 3 cationes que son V3+ (verde), V4+ (color azul) y V5+ (sin color).

Otros óxidos colorantes menos utilizados son el óxido de antimonio y el óxido de cadmio. El óxido de uranio se utilizó en el pasado pero actualmente está prohibido su uso por la radioactividad que genera. Los seleniuros de cadmio no son óxidos pero también se utilizan (en forma de pigmentos casi siempre) para determinadas coloraciones.

Los óxidos colorantes variarán su comportamiento dependiendo de las materias primas que se utilicen para obtenerlos, al igual que el resto de óxidos. Un óxido colorante se puede aplicar como óxido puro en forma de óxido en polvo, o bien formando parte de un compuesto (carbonatos, cloruros, etc…), o bien formando parte de un mineral.

El color que proporciona un óxido depende de la materia prima utilizada para obtenerlo y de la concentración de óxido que estemos añadiendo, pero también de la presencia de otros óxidos colorantes (en los minerales es muy común que haya distintos óxidos colorantes presentes) y de la naturaleza de la matriz vítrea donde se disuelve.

Los óxidos colorantes pueden mezclarse para obtener determinados colores y tonos. De igual forma, se pueden mezclar óxidos y pigmentos.

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