En lugar de fabricar un vidrio reforzado con potasio creando primero un vidrio sódico-calcáreo ordinario y sustituyendo después los átomos/iones de sodio por potasio al introducir el vidrio en un baño/solución de nitrato de potasio, ¿por qué no sustituir la "sosa" (carbonato de sodio) en el proceso o procesos iniciales por carbonato de potasio?
El potasio no se añade primero porque el potasio no hace intrínsecamente un vidrio más fuerte, es la sustitución de un ion más grande por uno más pequeño en la superficie lo que lo hace.
Para entender por qué el intercambio de iones endurece el vidrio, hay que entender por qué el intercambio de iones endurece el vidrio. El proceso de endurecimiento por intercambio iónico se realiza a una temperatura que permite la difusión de los iones, pero que impide la reconfiguración de la estructura del vidrio o la relajación de los enlaces (es decir, por debajo de $T_{g}$ la temperatura de transición vítrea). Cuando los átomos de sodio son sustituidos por los de potasio en el vidrio, los iones de potasio ocupan un sitio que está dimensionado para el sodio. Esta sustitución de iones crea una fuerza de compresión en los sitios donde se produce. Como el proceso es difusivo, la fuerza de compresión se produce en la superficie del vidrio y el interior se pone en tensión. La fuerza de compresión en la superficie hace que los defectos superficiales, es decir, los arañazos, estén en compresión. Estos defectos superficiales, al estar en compresión, impiden su capacidad de crecimiento o de provocar el fallo del vidrio, reforzando así el vidrio.
Si se fabrica un vidrio con potasio, se tienen iones de potasio ocupando sitios de potasio, por lo que no se produce ningún fortalecimiento. Por tanto, la única forma de endurecer químicamente el vidrio es sustituirlo por iones más grandes.
Pregunta preventiva: ¿Qué pasa con los defectos internos que causan el fracaso?
El Gorilla Glass se fabrica mediante el proceso de embutición por fusión, en el que el vidrio fundido fluye por los dos lados de una cubeta de platino y se reúne en la parte inferior para volver a unirse. Este proceso evita muchos defectos internos hasta el punto de que son muy raros y el control de calidad puede eliminar las pocas piezas con defectos que se hacen.
Vidrio reforzado químicamente es similar vidrio templado en el sentido de que el exterior del vidrio está bajo compresión, mientras que el interior está no comprimido. Si todo Si el sodio del vidrio reforzado químicamente se sustituyera por el potasio, no habría ninguna diferencia de tensión entre la capa interior y la exterior.
¿Cómo ayuda esta diferencia entre capas a que el vidrio sea más resistente? Como en hormigón pretensado Esto hace que la sustancia sea más fuerte bajo tensión porque la tensión inicial contrarresta esa fuerza.
Como señala A.K., es la sustitución de átomos más grandes por átomos más pequeños lo que añade tensión al vidrio, haciéndolo más fuerte. Por lo tanto, no se puede aumentar la tensión empezando con un más grande metal, pero por otro lado podrías empezar con un más pequeño de metal:
Vidrio de aluminosilicato de litio reforzado químicamente (Solicitud de Patente Int.)
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Relacionado con esto: chemistry.stackexchange.com/q/77249/23561
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@A.K. Esa pregunta (y su respuesta) es en realidad mucho más interesante que ésta.