Hoy en día están disponibles en internet muchas webs y aplicaciones, algunas gratuitas y otras de pago, que permiten el cálculo de cualquiera de las formas de la formulación cerámica. Por ejemplo www.glazy.org.
Para los que quieran realizar sus propios cálculos, se exponen a continuación unas guías sencillas de como hacerlos.
En primer lugar, es necesario conocer cómo se convierten materias primas en óxidos y gramos en moles.
Todas las materias primas que forman parte de la receta, al alcanzar la temperatura de maduración se transforman en óxidos y en gases. Los gases escapan y hacen que el producto cerámico pese menos que las materias primas empleadas. La diferencia de peso es lo que se llama LOI del inglés “loss on ignition”.
Los óxidos que se generan tras el proceso térmico son fácilmente previsibles conociendo la fórmula de las materias primas, teniendo en cuenta que el oxígeno está siempre disponible en el horno para combinarse con los distintos elementos:
- 1 mol de la materia prima “óxido de zinc” (ZnO) se transforma en 1 mol de óxido de zinc (ZnO).
- 1 mol de carbonato de litio CO3Li2 durante la cocción se descompone y genera un mol de Li2O. También genera 1 mol de CO2 que se irá en forma de gas.
- 1 mol de petalita con fórmula Li2O·Al2O3·8SiO2, después de la cocción se convertirá en 1 mol de Li2O, más 1 mol de Al2O3, más 8 mol de SiO2.
- 1 mol de una frita con fórmula 0,8Na2O·0,2CaO· 0,1Al2O3·1,5SiO2· 0,1B2O3, después de la cocción se convierte en 0,8 mol de Na2O, más 0,2 mol de CaO, más 0,1 mol de Al2O3, más 1,5 mol de SiO2, más 0,1 mol de B2O3.
- 1 mol de lepidolita con fórmula LiF・KF・Al2O3・3SiO2, después de la cocción se convierte en 0,5 mol de Li2O, más 0,5 mol de K2O, más 1 mol de Al2O3, más 3 mol de SiO2. Y también se generan gases de flúor que escapan.
Para pasar de gramos a moles y viceversa es necesario conocer, además de las fórmulas, los pesos moleculares.
En muchos casos podemos encontrar fórmulas distintas para una misma materia prima, que son equivalentes entre sí. Aunque hay reglas y convenciones para establecer la fórmula de un compuesto, no siempre se siguen y estas equivalencias pueden llegar a provocar errores en los cálculos.
En realidad, en todos los cálculos se puede usar cualquiera de las distintas versiones de una fórmula de un compuesto siempre y cuando se utilice el peso molecular propio de cada versión.
La Nefelina Sienita podemos encontrar en distintos documentos que tiene la fórmula molecular:
K2O・3Na2O・4Al2O3・9SiO2 (con peso molecular 1229)
Si sumamos las masas moleculares de todos los átomos de la fórmula (2 átomos de potasio, 6 átomos de sodio, 8 átomos de aluminio, 9 átomos de silicio y 34 átomos de oxígeno), efectivamente se obtiene el peso molecular 1229.
Pero si revisamos distinta documentación podemos encontrar que el peso molecular de la Nefelina Sienita es 307,25 o quizás otros valores como 462. La diferencia está en la fórmula molecular que se está utilizando en cada caso.
Si nuestra fórmula molecular de la Nefelina Sienita “K2O・3Na2O・4Al2O3・9SiO2” la dividimos entre 4 pero conservando las mismas proporciones obtendremos una nueva fórmula molecular que sería así:
0,25K2O·0,75Na2O·Al2O3·2,25SiO2
y si calculamos el peso molecular de esta nueva fórmula obtendremos 307,25.
De cara a nuestros cálculos obtendremos los mismos resultados usando cualquiera de las dos fórmulas y sus respectivos pesos moleculares. Pero es importante que siempre haya una correspondencia entre la fórmula utilizada y su peso molecular.
En un compuesto como la nefelina sienita, o en cualquier otro feldespato, o en una arcilla, o en una frita lo importante son las proporciones entre los distintos componentes. Es difícil y bastante subjetivo decir cual es la “fórmula molecular” de un cristal y por ello se utilizan convenciones que unifican criterios.
La convención utilizada para establecer la fórmula molecular en fritas y minerales en general es utilizar la fórmula unitaria Seger, es decir, los valores que se obtienen cuando la suma de R2O+RO es igual a uno.
Sin embargo, cuando se manejan arcillas, la convención que se utiliza es utilizar una fórmula molecular en la que el valor de la alúmina sea “1”.
Así podemos ver que la fórmula molecular del caolín, que es una arcilla, se muestra con 1 mol de Al2O3:
Al2O3・2SiO2・2H2O
Visto esto, nuestra nefelina sienita debería expresarse para seguir esta convención en la forma:
0,25K2O·0,75Na2O·Al2O3·2,25SiO2
ya que así tendremos 0,25 K2O + 0,75 Na2O =1, cumpliendo lo que indica la convención.
La realidad es que, cuando se trabaja con fórmulas ideales, las convenciones mencionadas se sacrifican a cambio de la sencillez de las fórmulas. Sin embargo, cuando se trabaja con productos reales, con impurezas, siempre se utilizan las convenciones establecidas.
En el libro “Vidriados cerámicos” de Wolf E. Matthes, por ejemplo, podemos ver una nefelina sienita real (no ideal) cuya fórmula molecular es:
0,75 Na2O · 0,25 K2O · 1,11 Al2O3 · 4,65 SiO2
y cuyo peso molecular es 462. En este caso se sigue la convención establecida (0,75 Na2O + 0,25 K2O suman “1”).
Tras esta pequeña introducción, podemos empezar a ver las distintas conversiones entre receta, análisis porcentual y fórmula unitaria:
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