O vidro é um sólido amorfo feito por fusão de sílica com um óxido básico. Embora seus átomos nunca se organizem em ordem cristalina, o espaçamento atômico no vidro é apertado. O vidro é caracterizado pela transparência, dureza à temperatura atmosférica e excelente resistência às intempéries e à maioria dos produtos químicos, exceto o ácido fluorídrico.
A maior parte do vidro é baseada no sistema de silicatos e é feita de três componentes principais: sílica (SiO), cal (CaCO3) e carbonato de sódio (NaCO3). Vários óxidos são adicionados para adequar as propriedades do vidro para atender exigências específicas.
Vidros do sistema sem silicato, que representam apenas cerca de 5% de todo o vidro produzido (excluindo as cerâmicas de vidro, descritas no capítulo, Cerâmica de engenharia), incluem vidros fosfatados (que resistem ao ácido HF), vidros borato de terras raras (para alto índice de refração), vidros de absorção de calor (feitos com FeO), e sistemas baseados em óxidos de alumínio, vanádio, germânio, e outros metais. Quase todos os vidros podem ser categorizados em um dos seis tipos básicos, com base na composição química. Dentro de cada tipo, com exceção da sílica fundida, estão várias composições distintas.
O vidro com cal sodada, o tipo mais comum, é o vidro de garrafas, janelas, lâmpadas e copos para beber. A sua composição é semelhante à do primeiro vidro feito pelo homem — uma mistura dos óxidos de silício, cálcio e sódio. Aproximadamente 90% de todo o vidro derretido hoje em dia é de cal sodada (ou simplesmente “cal”, como é comumente chamado). Este vidro barato é prontamente fabricado com uma grande variedade de formas. A resistência a altas temperaturas e a mudanças bruscas de temperatura é fraca, e a resistência ao ataque de produtos químicos é apenas justa.
Vidro borossilicato, o tipo de vidro mais antigo a ter uma resistência apreciável ao choque térmico e a temperaturas mais altas, também tem uma excelente resistência ao ataque de produtos químicos. Nesta estrutura de vidro, a primeira a levar a marca registrada Pyrex, parte do SiO″ é substituída por óxido bórico.
O vidro borossilicato tem um baixo coeficiente de expansão térmica e é, portanto, adequado para espelhos telescópicos e outras peças de precisão. Além disso, como este vidro pode suportar choques térmicos, é usado para fornos e artigos de laboratório, lentes de faróis e vidros de caldeiras. A maioria dos vidros de borossilicato tem melhor resistência aos ácidos do que os vidros de cal sodada, mas pouca resistência aos álcalis. As fibras de vidro usadas nos compostos plásticos de reforço são um vidro borossilicato modificado.
O vidro de chumbo alcalino, ou vidro de chumbo, contém monóxido de chumbo, PbO, para aumentar o seu índice de refração. Este vidro é um melhor isolante elétrico que os vidros de cal sodada ou borossilicato. O vidro de chumbo é usado para aplicações ópticas, como prismas e lentes e como escudo contra a radiação atômica. É fácil de trabalhar e é bem adequado para operações lentas e manuais. Devido ao seu brilho natural, o vidro de chumbo é usado para louça de mesa de cristal fino. Como o vidro de cal, o vidro de chumbo tem baixa resistência a altas temperaturas e a choques térmicos.
O vidro de aluminossilicato (no qual alguma alumina, Al2O3, substitui a sílica) é outro vidro resistente a choques térmicos semelhante ao borossilicato, mas capaz de suportar temperaturas de funcionamento mais elevadas. Estes vidros também resistem ao ataque químico e são bons isolantes elétricos. Os vidros de aluminossilicato são adequados para aplicações de alto desempenho, como termômetros de alta temperatura, janelas de veículos espaciais e tubos de ignição. Revestidos com um filme condutor de eletricidade, eles são usados como resistências em circuitos eletrônicos críticos. Os aluminossilicatos custam cerca de três vezes mais que os borossilicatos e são consideravelmente mais difíceis de fabricar.
96% o vidro de sílica é um vidro altamente resistente ao calor feito de vidro borossilicato por um processo proprietário (Corning Glass Works). Este vidro pode ser formado mais rapidamente e em mais formas do que a sílica fundida. Suas propriedades são tão próximas às da sílica fundida que às vezes é utilizado como substituto em componentes ópticos e janelas de naves espaciais, onde deve suportar o calor da reentrada na atmosfera da Terra. Também é utilizada como revestimento resistente ao calor, como no exterior dos veículos de vaivém espacial da NASA. Outros usos incluem artigos de laboratório e componentes de iluminação, como tubos de arco em lâmpadas halógenas.
Sílica fundida é a única das seis categorias que contém uma única composição. Este vidro consiste simplesmente de sílica (dióxido de silício) no estado não cristalino, ou amorfo. A sílica fundida, a mais cara de todos os vidros, oferece a máxima resistência ao choque térmico, bem como a mais alta temperatura de operação permitida (900°C por períodos longos, até 1.200°C por períodos curtos). Tem também a máxima transmissão na faixa ultravioleta e a maior resistência ao ataque químico de qualquer vidro. A sílica fundida é utilizada em aplicações onde os requisitos são extremamente rigorosos, tais como telescópios astronómicos em branco, linhas de atraso ultra-sónico, guias de ondas de comunicação óptica e cadinhos para cristais de crescimento. A fabricação de sílica fundida é difícil, e o número de formas disponíveis é, portanto, drasticamente limitado.
Estes seis tipos de vidro podem ser agrupados em três pares. A cal sodada e o álcali de chumbo são chamados de vidros macios porque amolecem ou se fundem a temperaturas relativamente baixas. Borosilicato e aluminosilicato são chamados de vidros duros porque amolecem ou se fundem a temperaturas relativamente mais altas. E 96% de sílica e sílica fundida são os mais duros de todos.
O mais antigo dos vidros é o cal sodada, que era conhecido há cerca de 4.000 anos. O chumbo-alcalino foi desenvolvido em 1676, o borossilicato em 1912, o aluminossilicato em 1936, 96% de sílica em 1939, e a sílica fundida em 1952.
Hoje em dia, muitos produtos de vidro são feitos de compósitos, compostos por vários vidros de composição diferente. A louça de mesa de alta resistência é feita de um sanduíche de vidro de baixa expansão e de um núcleo de vidro de alta expansão. As fibras ópticas de comunicação (guias de onda) são desenhadas a partir de um bule de vidro com uma variação controlada na composição. As janelas de vidro para veículos aeroespaciais são compostas de várias placas de vidro, cada uma com uma propriedade única; as placas mais externas são resistentes ao calor, as placas mais internas são mecanicamente fortes.
Os vidros sensíveis à luz, embora não sejam considerados um tipo básico, estão disponíveis em três qualidades. O vidro fotocrômico escurece quando exposto à radiação ultravioleta e se desvanece quando o estímulo ultravioleta é removido ou quando o vidro é aquecido. Algumas composições fotocrômicas permanecem escurecidas por uma semana ou mais. Outras desvanecem-se em poucos minutos após a remoção do ultravioleta. Um uso principal para as composições de desvanecimento mais rápido é em lentes de óculos que escurecem e desaparecem automaticamente quando expostas ou removidas da luz solar.
O vidro fotossensível também responde à luz, mas de uma maneira diferente do vidro fotocrómico. Quando exposto à energia ultravioleta e depois aquecido, o vidro fotossensível muda de transparente para opalino. Quando a exposição UV é feita através de uma máscara, o padrão da máscara é reproduzido no vidro. A imagem desenvolvida é permanente e não se desvanece, como o faria uma imagem semelhante num vidro fotocrómico. O vidro fotossensível exposto e opalizado é muito mais solúvel em ácido hidrofluídico do que o vidro não exposto. A imersão neste ácido produz formas, depressões, ou furos por gravação das áreas expostas e desenvolvidas.
Os vidros fotocromáticos são vidros fotossensíveis a cores. Desenvolvido em 1978 pelos laboratórios Corning Glass Works, suas características implicam aplicações como armazenamento de informações, objetos decorativos, janelas, ou outras transparências, e recipientes. Os vidros fotocrómicos têm uma verdadeira permanência de cor.