制作玻璃的工人师傅说,玻璃是一种非晶态固体,透明,且脆性大。那什么叫非晶态同体?玻璃为什么透明,又为什么易碎呢?
外福来说:“玻璃的秘密,我知道。”
非晶态固体
非晶态固体有固体的形态,但其内部原子或分子的排列却如同液体那样杂乱无章。它既不是固体,也不是液体,它实际上被看作“冻结的液体”或“过冷液体”。玻璃就是一种非晶态固体。它是由二氧化硅等原料被加热到1400摄氏度左右熔化为液体,然后迅速冷却而形成的。内部分子排列无序,且没有固定熔点。
透明明的玻璃
大部分玻璃都是透明的。这是为什么呢?
原因一:玻璃中的分子排列是无序的。
当一种物质呈固态时,内部原子或分子之间的排列紧密,像一堵严密的墙,光波无法从中透过,因此,固体是不透明的。而液体内部原子或分子间的联结强度较低,呈随机排列状态,部分光波就可以从缝隙或孔洞中穿过,所以看上去是透明的。
玻璃虽然具有固体的外形和硬度,但是其内部分子却像液体一样随机排列,呈无序状态。因此,当光线照射过来时,光波就可以从玻璃中穿过。
原因二:玻璃中的电子不吸收可见光。
组成任何物质的分子都是由许多原子结合在一起而构成的,这些原子通常带有一些电子。如果光线中的光子被物质中的电子吸收或者反射,那么物体就是不透明的。如果电子不吸收光子的能量,光子就会继续沿其路径传播(透过),这时,物质就是透明的。
玻璃中的电子不吸收可见光的光子能量,所以,玻璃是透明的。
玻璃易碎
在玻璃制品的包装上,我们总能看到“轻拿轻放”几个字,这是由于玻璃的另一个性质——易碎(脆性高)。
我们拿铁和玻璃来作比较。组成铁的原子周围有很多电子在移动,正是这些电子将原子“粘”在一起。在铁的内部,电子会在原子之间来回移动,并不固定。即使铁块儿被砸得变形,电子也会通过自己的移动重新将原子粘起来,因此,铁不会碎。而玻璃就不同了。它的电子很忠实于原子,不会移动,所以,砸一下就会破坏原子之间的联系,玻璃就碎掉了。
玻璃热传导性差
你有没有遇到往冰凉的杯子里倒开水,杯子崩裂的情形?我们知道物体有“热胀冷缩”的现象。玻璃的热传导性很差,往冰凉的玻璃杯里倒开水,杯的内壁受热马上开始膨胀,而玻璃杯外壁温度还比较低,热度没传导过去,还来不及膨胀,这样内外壁受力不均,杯子就胀碎了。杯壁越厚的玻璃杯越容易胀碎。