關于玻璃的六個有趣事實

蘇更林

1.玻璃是“固態的液體”

你也許認為，玻璃有形，雖脆質堅，應當是固體無疑。真是這樣嗎？

從宏觀上來看，玻璃的確能像固體一樣保持一定的外形；但從微觀上來看，它又不像晶體那樣有著規則有序的排列。因此，玻璃是一種既不是固態也不是液態的物質狀態。在理論上通常把玻璃的這種狀態叫作“玻璃態”。

如何來理解這種“玻璃態”呢？有人形象地稱之為類似于“固態的液體”，即玻璃“短程有序”（少量原子有序排列）呈現晶體特征，“長程無序”（大量原子無序排列）則呈現液體特征。

有些材料在冷卻時會形成結晶，其原子會以高度規則的模式進行排列，這就是晶格。到底是什么阻止了玻璃原子的有序排列？原來，玻璃在冷卻時由于原子的擁堵阻礙了規則晶格的形成，因此才有了隨機排列。一種通俗的解釋是，玻璃冷卻時的黏度隨溫度變化得太快，以至于結晶速度跟不上黏度變化的節拍，其結果就是玻璃已經固化了可結晶還“在路上”。

2.大自然也能制造玻璃

其實，在玻璃發明之前，人類早就使用上天然玻璃了。所謂天然玻璃，指的就是大自然制造的玻璃。

大自然制造玻璃是有條件的。比如，黑曜石就是一種天然玻璃，由于生成于火山噴發之時，故被稱為“火山玻璃”。其形成過程為，花崗巖在火山爆發時被熔融再經冷卻而未重結晶就形成了黑曜石。在石器時代，人們就已知道用黑曜石來打磨石器。

分布在火山地區的浮石也是一種天然玻璃，它是由火山活動形成的泡沫固化形成的，一般比重較小，內有氣泡。

大自然的閃電也是制造天然玻璃的一大能量之源，當它擊中沙子時巨大的熱能有時會將沙子熔化成玻璃，通常稱其為“閃電熔巖”。

3.中國特色的玻璃制造法

大約在公元前2500年，玻璃主要制造地在兩河流域和埃及等地。中國古代擁有璀璨的陶瓷文明，并對世界文明產生了深遠影響。不過，相較于世界上現存最早的玻璃制品，我國的玻璃制品要晚了許多年。

考古發現，我國在西周時期就能制造玻璃珠了，主要成分為鉛鋇硅酸鹽，玻璃不透明。到了戰國時期，就能采用模壓澆注法制造玻璃璧、玻璃耳珰以及玻璃珠等裝飾品了，并且具有紅、藍紫、深黃、乳白等多種顏色。現收藏于湖北省博物館的越王勾踐劍，系春秋晚期越國的青銅器，其劍格正面鑲有兩塊小小的藍色玻璃，其主要成分為鉀鈣硅酸鹽。這種成分的玻璃在古埃及和古巴比倫地區是沒有的，可能是中國最早的玻璃。

關于中國玻璃的起源，有人認為可能是在陶器上釉的過程中發明的。沾有砂粒和碳酸鈉的陶器坯，經過高溫燒制后表面會形成一層光滑發亮的“釉”。這種“釉”實際上就是一種玻璃態物質。基于“釉”的演化而發明的玻璃制造法，具有鮮明的中國特色。雖然古代中國玻璃制造發展較晚，但如今的中國已是名副其實的玻璃生產大國，并正在向世界“玻璃強國”邁進。

4.彩色玻璃是如何煉成的

制造普通硅酸鹽玻璃的主要原料是石英砂，這是一種堅硬、耐磨、化學性能穩定的硅酸鹽礦物，其主要成分是二氧化硅，是它構成了玻璃主體部分的“網絡骨骼”。

由于石英砂的熔點很高（1750℃），古人通過添加助熔劑（如碳酸鈉）的方式來降低石英砂的熔制溫度。同時，還需要加入穩定劑（如石灰石）等輔助原料，通過一定的工藝，才能制造出硅酸鹽玻璃。

關于玻璃的顏色，主要取決于其中的氧化物種類。比如，玻璃發綠是由于原料中含有少量鐵雜質引起的。二價鐵的化合物使得玻璃顯綠色；加入二氧化錳（四價錳）可將二價鐵氧化為三價鐵，而使玻璃顯黃色；四價錳若被還原成三價錳，則使玻璃顯紫色。

根據同樣的道理，我們可以利用添加著色劑的方法來賦予玻璃特定的顏色。這些著色劑大多為金屬的氧化物。如氧化鈷能使玻璃呈現藍色，氧化鎳能使玻璃呈現棕色，氧化銅能使玻璃呈現綠色等。此外，通過調整熔煉的溫度以及爐焰的性質也可以調節金屬元素的化合價，從而使玻璃呈現出不同的顏色。

5.玻璃可以吹“泡泡”

素有“固態的液體”之稱的玻璃，是不是也可以吹“泡泡”呢？是的。公元前一世紀，敘利亞人意外發現玻璃也可以吹“泡泡”。不過，這需要使用空心金屬管插入熔融的玻璃之中進行吹制。

為什么玻璃也能吹“泡泡”呢？原來，熔融玻璃在冷卻過程中，其外層界面由于與空氣接觸而形成一層彈性表皮。這個彈性表皮如同一個“袋子”，其內則是黏稠的液態玻璃。通過吹制工藝來控制“袋子”的形狀，其裝載的熔融玻璃就會按照“袋子”的形狀進行定型。訓練有素的玻璃吹制大師可以把自己的藝術構思轉化為栩栩如生的玻璃藝術品，也可以吹制各種各樣的實用玻璃產品。因此，玻璃吹制技術是玻璃制造史上的一個里程碑事件。

吹制玻璃是一項極具挑戰性的工作，因為需要面對熔融玻璃的極高溫度，必須警惕安全方面的各項風險。沒有經過玻璃吹制訓練的人，是難以勝任如此高風險、高技藝工作的。事實上，世界各地都存在大體相同的玻璃吹制技術，活躍在這方面的玻璃吹制工也是一個非常特殊的群體。

6.玻璃可以100%回收利用

玻璃屬于一種化學惰性的材料，不僅對環境無害，而且壽命期長達100萬年。所以，玻璃具有100%可回收和無限期循環使用的屬性。

玻璃是最具可持續性的材料之一，有望成為塑料的替代品。在碳達峰、碳中和的背景下，做好廢玻璃的回收利用是構建循環經濟的重要一環，對于提升資源利用效率、減少溫室氣體排放具有重要的意義。每回收1噸廢玻璃，可以節約1噸以上的自然資源。在制造過程中，利用廢玻璃可以替代95%的原材料。每使用10%的廢玻璃，可使能源成本下降2%以上。每使用6噸廢玻璃，就能減少1噸的二氧化碳排放量。