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貴州玻璃廠家之玻璃:平凡的偉大創(chuàng)造
今天我們來說說玻璃。
從前,有一個(gè)叫做腓尼基的地方,位置就是現(xiàn)在的地中海周邊,那里的人熟諳航海技術(shù),而且擁有經(jīng)商的天賦。有一天,一艘滿載蘇打的腓尼基商船在航行時(shí)遇到了風(fēng)暴,他說風(fēng)雨中這點(diǎn)痛算什么,還是趕緊找個(gè)地方躲著吧,于是他們來到了一個(gè)小港灣。小港灣里物資匱乏,水手們只好搬來蘇打塊作為支架,在沙灘上支起大鍋?zhàn)鲲垺:?jiǎn)單的晚餐過后,水手們就開始圍著火堆睡覺了。貴州玻璃廠家在夜里,一個(gè)冒失的水手踢翻了蘇打塊,倒在了火堆上。沒人注意到這件事兒,被吵醒的無非翻個(gè)身繼續(xù)他的春秋大夢(mèng)了。
風(fēng)也平浪也靜了,水手們醒來后也打算繼續(xù)航程了,但此時(shí)一位水手驚奇地發(fā)現(xiàn),他居然同時(shí)看到了兩個(gè)日出,天上一個(gè),熄滅的火堆旁還有一個(gè),不過后者看上去碎碎的。水手們聞?dòng)嵍季鄣交鸲堰叄l(fā)現(xiàn)了一堆亮晶晶的石頭。這些石頭是那么的奇特,如同寶石一般晶瑩剔透,一下子讓腓尼基人excited起來。這種可愛的石頭,便是我們今天所說的玻璃,狡猾的腓尼基人將這個(gè)過程進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)只是將蘇打和沙子混在一起加熱就可以得到玻璃,于是在那個(gè)還沒有誕生zhuanli保護(hù)法的年代,他們將配方作為了一種秘密口耳相傳,由此生產(chǎn)玻璃并進(jìn)行貿(mào)易,在地中海地區(qū)發(fā)了大財(cái),雄霸好幾百年。
這個(gè)故事流傳得極為廣泛。乍一看,故事并非完全虛構(gòu),因?yàn)椴AУ幕瘜W(xué)成分是硅酸鈉鹽,沙子提供二氧化硅,而蘇打則是碳酸鈉,兩者發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳,剩下的固體部分就是玻璃了。不過事實(shí)上,很多人都曾嘗試過驗(yàn)證這個(gè)傳說,結(jié)果卻都以失敗告終。貴州玻璃廠家可見,原料不是問題,問題是難得的“契機(jī)”,如果這個(gè)傳說是真的,那么腓尼基人該是多么幸運(yùn)地獲得了一次偶然的發(fā)現(xiàn)并將其發(fā)揚(yáng)光大。無論如何,學(xué)術(shù)界都已經(jīng)對(duì)玻璃如此被發(fā)明的說法,產(chǎn)生了強(qiáng)烈的質(zhì)疑。
現(xiàn)在,根據(jù)考古的一些資料,真正能夠稱為玻璃的古代玻璃,應(yīng)該是在2000年前左右被發(fā)明出來的,而當(dāng)時(shí)的羅馬帝國(guó)是這一技術(shù)的擁有者,他們不僅具有高超的燒制技藝,還發(fā)展出了各類吹制技術(shù),也就是說,他們不僅會(huì)合成,還會(huì)加工,這實(shí)在是太了不起的天賦了。雖然也因?yàn)楦鞣N因素有過衰退,但羅馬人還是把這一技術(shù)的優(yōu)勢(shì)一直保持到了近代,甚至直到現(xiàn)代,威尼斯的玻璃還是為世人所稱贊。
威尼斯玻璃制品
事實(shí)上,早在羅馬帝國(guó)之前,大約3500年前,埃及人就已發(fā)明了所謂的玻璃,但其本質(zhì)上只是具有釉面的陶器。貴州玻璃廠家而至于腓尼基人的貢獻(xiàn),更大的可能性是他們?cè)诎<叭撕土_馬人之間起了一種承上啟下的作用,最終被夸大了。
古埃及陶器
之所以說是羅馬人發(fā)明了玻璃,這倒不是因?yàn)槿藗兛床黄鸸虐<叭撕碗枘峄耍翢o疑問,在當(dāng)時(shí)的時(shí)代,他們的文明都是不知道高到哪里去了,但文明的發(fā)展也要考慮到歷史的進(jìn)程。對(duì)于玻璃來說,其燒制過程最重要的訣竅就是燒制溫度,在古羅馬之前,人類對(duì)火的掌握還不夠成熟,并不能提供足夠高的溫度來燒制品質(zhì)優(yōu)良的玻璃。而要想使成品呈現(xiàn)晶瑩剔透的狀態(tài),需要在1200℃以上的條件并保持較長(zhǎng)時(shí)間,所以在野外一次打翻爐火就產(chǎn)生晶瑩玻璃的可能性幾乎為零。
當(dāng)然了,我們說的是幾乎為零,如果那堆爐火是被雷劈倒,那么瞬間產(chǎn)生的局部高溫是可以產(chǎn)生玻璃的,比如自然界存在的黑曜石就是一種黑色玻璃,這是由于火山的高溫而產(chǎn)生的二氧化硅結(jié)晶。水晶當(dāng)然也可以看作是一種玻璃,但天然水晶的形成過程是晶體生長(zhǎng),與玻璃燒制截然不同。所以就算當(dāng)時(shí)腓尼基人發(fā)現(xiàn)了玻璃,他們也不大可能通過研究再自己搞出來。
黑曜石、水晶
那么我們中國(guó)古代有沒有玻璃呢?實(shí)事求是地說,沒有,這個(gè)看似并不難的技能點(diǎn),我們的祖先確實(shí)沒有掌握。不過話也不能說的這么絕對(duì),現(xiàn)代化學(xué)證明,瓷器與玻璃有著非常密切的關(guān)聯(lián),因?yàn)榇捎跃褪且环N玻璃,而中國(guó)人燒制的琉璃,則是一種有別于西方鈉鈣玻璃體系的鉛鋇玻璃體系。但是,這種玻璃透明度不高、模模糊糊,如果用作器皿什么的,遠(yuǎn)不如瓷器的素肌玉骨來得更好,所以實(shí)用性很低。既然我們都已經(jīng)有了那么非凡的瓷器了,古代的中國(guó)人自然就不會(huì)太關(guān)注玻璃了,所以,雖然在玻璃發(fā)展史上,我們中國(guó)也是有著原創(chuàng)性貢獻(xiàn)的,但乏善可陳。現(xiàn)在回想,忽略了玻璃這個(gè)寶藏,也實(shí)在很可惜。
清代琉璃碗
那么為什么說玻璃是一個(gè)寶藏呢?這是因?yàn)椋A碛泻芏鄬氋F的性能,比如耐腐蝕、絕緣等等,當(dāng)然了,對(duì)于瓷器來說,這些優(yōu)點(diǎn)也是存在的,但玻璃所獨(dú)有的,也是其最重要的品質(zhì),還是它的光學(xué)特征。
那么問題就來了,非晶體的玻璃為什么會(huì)是透明的呢?
從外觀上看,玻璃和水晶很像,從結(jié)構(gòu)上說,它們也都是以二氧化硅為主,但二者卻有著非常本質(zhì)的區(qū)別,那就是玻璃是非晶體,而水晶則是晶體。結(jié)構(gòu)化學(xué)理論認(rèn)為,晶體都是有序排列的,就像閱兵時(shí)的部隊(duì)方陣,而非晶體則是無序的,就像三里屯的人潮。區(qū)分有序和無序的方式是這樣的:假設(shè)閱兵方陣足夠大,大到無窮大那么大,那么如果平移或者旋轉(zhuǎn)某個(gè)角度之后,這個(gè)方陣看上去和原來的一樣,那么就是有序,反之就是無序。貴州玻璃廠家玻璃從微觀結(jié)構(gòu)上,不具備這樣的特性,所以它就是非晶體。另外,從宏觀上看,玻璃也表現(xiàn)出沒有固定的熔點(diǎn),這也是其與晶體的區(qū)別所在。
玻璃微觀結(jié)構(gòu)
而玻璃之所以是透明的,其實(shí)正是拜其非晶體的特性所賜,而水晶之所以透明的,則是因?yàn)樗蔷w。這句話聽起來就不是人話,別著急,現(xiàn)在我們來解釋一下。
透明的本質(zhì)是光可以穿透,比如說空氣中的分子間隔很大,對(duì)于光波來說與真空差不太多,所以空氣是透明的。但液體和固體的分子間隔比較小,光波就比較容易受到原子和分子的阻隔,如果在這個(gè)過程中,原子或分子對(duì)光波中的能量產(chǎn)生了興趣,那么事情就不太好玩了,它們就會(huì)吸收掉相應(yīng)波長(zhǎng)的光波,有色透明物質(zhì)就是吸收了一部分可見光而透過了其余的可見光。而金屬特殊的電子海洋結(jié)構(gòu),更是使得可見光遇到金屬便被全波段吸收,所以金屬是不透明的。對(duì)于水晶來說,它其中的二氧化硅成分并不會(huì)強(qiáng)烈吸收可見光,所以光波可以如入無人之境,除了界面反射的那一部分以外,都透射出來了。研究發(fā)現(xiàn),水晶對(duì)光波的反射率大約只有8%,也就是說,92%的光可以透射過去。不過,界面的反射作用會(huì)累積,所以當(dāng)晶體界面越多,晶體的透明度就會(huì)越低,所以當(dāng)我們抓一把水晶塊放在一起看時(shí),它們就變得不透明了。
可以想象,如果這些水晶塊之間不是空氣,而是無定型的二氧化硅,那么由于界面仍然存在,這樣半結(jié)晶的水晶也將是不透明的。不過,如果這些水晶塊足夠小,小到比光波的波長(zhǎng)還要小,可以視作無定型時(shí),這時(shí)的界面又消失了,這塊無定型的水晶就就又透明了,但結(jié)構(gòu)卻從部隊(duì)方陣變成了三里屯的人潮。玻璃其實(shí)就是這種無定型的水晶中,摻雜了一些金屬氧化物。氧化鈉這些對(duì)光波沒有什么影響,但過渡金屬的氧化物卻多數(shù)對(duì)光波有吸收,藍(lán)色鈷玻璃便是這個(gè)原理。
這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的原理卻在高分子合成中扮演著極其重要的角色。水晶和玻璃都可以看作是無機(jī)高分子,它們都透明的案例說明,高分子如果本身對(duì)光波沒有吸收,那么要想做成透明物質(zhì),最重要的任務(wù)就是取消界面的存在,這樣就有兩種做法,要么像水晶一樣慢慢生長(zhǎng)成單晶,要么就像玻璃一樣干脆長(zhǎng)成無定型。
在日常生活中,高密度聚乙烯沒有透明產(chǎn)品,其原因就是,結(jié)構(gòu)規(guī)整的聚乙烯太容易結(jié)晶,但又結(jié)不成單晶那樣,于是結(jié)構(gòu)中就是一些小晶體摻雜著無定型,便不透明了。聚丙烯的結(jié)晶度稍微低一些,所以正常情況下都是半透明,如果這時(shí)加入一些助劑讓聚丙烯的結(jié)晶變得更小,那么透明的聚丙烯材料便出現(xiàn)了。至于人們?yōu)槭裁床挥脝尉L(zhǎng)的方式來做透明高分子,只能說現(xiàn)階段條件下,這不過是個(gè)美好的夢(mèng)。而至于像聚酯、低密度聚乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯這些塑料都是透明物質(zhì),其原因就在于,它們都不太容易結(jié)晶,長(zhǎng)出來就是無定型的。高密度聚乙烯管材、聚丙烯管材
聚苯乙烯
氣泡的引入也是形成界面,把玻璃做發(fā)泡工藝處理就可以得到陶,陶便是不透明的。此外泡沫飯盒的聚苯乙烯也是引入氣泡,所以飯盒也是不透明的。
聚苯乙烯泡沫板
好了,說完了玻璃透明的原理,我們?cè)賮砜纯床Ac科技、科學(xué)的發(fā)展。毫不夸張地說,正是玻璃的透明屬性,改變了人類歷史的進(jìn)程。
剛才說了,古代的玻璃之都一直在意大利,而最先用玻璃造出望遠(yuǎn)鏡看星星的,也正是意大利人伽利略,那還是在400年前,在望遠(yuǎn)鏡中,伽利略感受到了人類的渺小與宇宙的瑰麗。也差不多是在同時(shí)期,荷蘭人列文虎克通過玻璃發(fā)現(xiàn),肉眼不可及的微觀世界,也同樣是妙趣盎然、精彩紛呈。然后,kucha一聲,歐洲的天文、物理、生物等科學(xué),都跟瘋了一樣發(fā)展了起來。
化學(xué)的發(fā)展史中,玻璃也是居功至偉。早期的化學(xué)反應(yīng)還指望不上現(xiàn)在那些什么X射線衍射儀、核磁共振儀、質(zhì)譜儀等這些高大上的儀器,反應(yīng)過程都是靠肉眼觀測(cè),在這一前提下,容器選擇就很重要,玻璃透明度高,加工起來也比較容易,更重要的是,除了有些怕堿以外,玻璃還特別耐腐蝕。如果沒有玻璃,只有銅器和陶瓷,我們的化學(xué)實(shí)驗(yàn)就會(huì)像太上老君那樣,理論計(jì)算把孫悟空練成丹藥需要七七四十九天,實(shí)驗(yàn)條件是三昧真火,但是最后卻因?yàn)橛^察不到反應(yīng)的情況而判斷失誤,最終,孫悟空練成了火眼金睛,踢翻了煉丹爐,偷吃了仙丹,大鬧了天宮。可以想見,如果把煉丹爐改裝成玻璃,后面可能就沒這些幺蛾子了。
拉瓦錫制取氧氣裝置
互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也要感謝玻璃,因?yàn)榘咽澜绱?lián)起來的真正功臣是光纖,而光纖說白了就是一堆玻璃絲。所以我們完全有理由說,是玻璃支撐了現(xiàn)代科技文明的基礎(chǔ)。
光纖
很多時(shí)候,我們也為玻璃感到不平,人類歷史上誕生了很多材料,我們把榮譽(yù)給了石器、給了青銅、給了鐵器,但卻沒有給玻璃留下一席之地。相比于上面這些劃時(shí)代的材料,玻璃是如此的普通,我們不需要費(fèi)力去找什么礦,硅酸鹽在地球上遍地都是。貴州玻璃廠家但也正是這樣平凡的材料,兩千多年來,玻璃始終保持著其誕生之初優(yōu)秀的透明品質(zhì),直到現(xiàn)代也沒有被來勢(shì)洶洶的復(fù)合材料所取代。正所謂把每一件簡(jiǎn)單的事做好就是不簡(jiǎn)單,把每一件平凡的事做好就是不平凡。