La red vítrea de la sílice es una matriz desordenada en tres dimensiones formada por tetraedros que comparten los oxígenos que se sitúan en sus vértices. Esta red tiene casi todos los átomos enlazados, es decir, es una red con alta conectividad y presenta unas buenas propiedades mecánicas, tiene su temperatura de fusión y reblandecimiento muy elevadas, con un coeficiente de difusión bajo y alta resistencia a los ataques químicos, y un coeficiente de expansión térmica pequeño. Visto de otro modo, la red vítrea de sílice debe sus propiedades a que casi todos los oxígenos están enlazados a dos silicios en la forma “Si-O-Si”. Por ello, dichos oxígenos compartidos por dos tetraedros se dice que hacen de “puente” entre tetraedros y se denominan BO (Bridging Oxygen).
En la figura: A la izquierda sólido cristalino de silicato, a la derecha sólido vítreo de sílice. En los esquemas superiores los círculos blancos son los átomos de oxígeno, pero no se representa el cuarto oxígeno de los tetraedros para simplificar la figura.
El principal problema que tienen las redes vítreas de sílice es su elevada temperatura de fusión y su gran viscosidad. Es muy complicado alcanzar esas temperaturas en los hornos habituales de fabricación de cerámica y vidrio. Por ello se añaden modificadores de red que actúan como fundentes, rebajando la temperatura de fusión y de reblandecimiento de la sílice.
Estas condiciones de la red vítrea de la sílice se cambian con los óxidos modificadores de red, ya que estos óxidos rompen la estructura y convierten algunos oxígenos BO (con enlaces a dos silicios “Si-O-Si”) en oxígenos Not Bridging Oxygen NBO (con enlaces a un solo silicio “Si-O-”).
Por ejemplo, al introducir Na2O, el nuevo átomo de oxígeno se enlaza a un silicio formándose así dos oxígenos NBO que son el nuevo oxígeno proveniente del Na2O y el oxígeno que estaba anteriormente enlazado. Estos oxígenos NBO realizan enlaces iónicos con los iones Na+ procedentes del óxido de sodio.
De esta forma se divide la estructura de tetraedros en dos partes y se crea una discontinuidad en la red. Cada catión de sodio intentará situarse además en los huecos de la red, rodeado de tantos oxígenos como necesite para satisfacer su número de coordinación. Es decir, los cationes de los modificadores de red sellan los poros de la estructura, aumentan la densidad y aportan la carga positiva necesaria para neutralizar la red.
En el esquema anterior no se representa el cuarto oxígeno de los tetraedros
Todos los óxidos alcalinos Li2O, Na2O y K2O actúan de la misma forma: Cada ion alcalino crea un nuevo NBO, o lo que es lo mismo, cada molécula de óxido alcalino crea 2 NBO’s.
Cuanta mayor sea la proporción de los óxidos alcalinos, la red se irá debilitando por la creación de NBO’s y se irán haciendo más notables los siguientes cambios:
- reducción de la rigidez mecánica
- disminución de la temperatura de reblandecimiento (acción fundente)
- aumento del coeficiente de expansión térmica (CET)
- aumento de la conductividad eléctrica (iónica)
- reducción de la resistencia a ataques químicos
- aumento del índice de refracción
- disminución de la viscosidad
- aumento de la densidad (menos poros) y menor resistencia al choque térmico
- aumento del coeficiente de difusión térmica
- mayor probabilidad de desvitrificación
Los óxidos de los alcalinotérreos (Ca2+, Mg2+ ,Ba2+,Sr2+) otros cationes divalentes (como el Pb2+ y el Zn2+) también son modificadores, pero se diferencian de los alcalinos porque, aunque rompen la matriz insertando un oxígeno y creando 2 NBO’s, se compensa la rotura porque el catión divalente se coloca como puente entre los dos NBO’s.
En el esquema anterior de la derecha no se representa el cuarto oxígeno de los tetraedros
Los iones alcalinotérreos también se sitúan rellenando los huecos que quedan entre los tetraedros de la matriz vítrea provocando así el sellado de poros, aumentando la densidad y aportando la carga positiva necesaria para neutralizar la red, pero mejoran algunos aspectos con respecto a los modificadores alcalinos:
- estabilizan la red vítrea
- aportan mayor durabilidad
- previenen la separación de fases y, por tanto, la cristalización.
- mejoran la resistencia a ataques químicos
Artes Cerámicas 
Un comentario en “Óxidos modificadores de red”