关于玻璃的六个有趣事实

苏更林

1.玻璃是“固态的液体”

你也许认为，玻璃有形，虽脆质坚，应当是固体无疑。真是这样吗？

从宏观上来看，玻璃的确能像固体一样保持一定的外形；但从微观上来看，它又不像晶体那样有着规则有序的排列。因此，玻璃是一种既不是固态也不是液态的物质状态。在理论上通常把玻璃的这种状态叫作“玻璃态”。

如何来理解这种“玻璃态”呢？有人形象地称之为类似于“固态的液体”，即玻璃“短程有序”（少量原子有序排列）呈现晶体特征，“长程无序”（大量原子无序排列）则呈现液体特征。

有些材料在冷却时会形成结晶，其原子会以高度规则的模式进行排列，这就是晶格。到底是什么阻止了玻璃原子的有序排列？原来，玻璃在冷却时由于原子的拥堵阻碍了规则晶格的形成，因此才有了随机排列。一种通俗的解释是，玻璃冷却时的黏度随温度变化得太快，以至于结晶速度跟不上黏度变化的节拍，其结果就是玻璃已经固化了可结晶还“在路上”。

2.大自然也能制造玻璃

其实，在玻璃发明之前，人类早就使用上天然玻璃了。所谓天然玻璃，指的就是大自然制造的玻璃。

大自然制造玻璃是有条件的。比如，黑曜石就是一种天然玻璃，由于生成于火山喷发之时，故被称为“火山玻璃”。其形成过程为，花岗岩在火山爆发时被熔融再经冷却而未重结晶就形成了黑曜石。在石器时代，人们就已知道用黑曜石来打磨石器。

分布在火山地区的浮石也是一种天然玻璃，它是由火山活动形成的泡沫固化形成的，一般比重较小，内有气泡。

大自然的闪电也是制造天然玻璃的一大能量之源，当它击中沙子时巨大的热能有时会将沙子熔化成玻璃，通常称其为“闪电熔岩”。

3.中国特色的玻璃制造法

大约在公元前2500年，玻璃主要制造地在两河流域和埃及等地。中国古代拥有璀璨的陶瓷文明，并对世界文明产生了深远影响。不过，相较于世界上现存最早的玻璃制品，我国的玻璃制品要晚了许多年。

考古发现，我国在西周时期就能制造玻璃珠了，主要成分为铅钡硅酸盐，玻璃不透明。到了战国时期，就能采用模压浇注法制造玻璃璧、玻璃耳珰以及玻璃珠等装饰品了，并且具有红、蓝紫、深黄、乳白等多种颜色。现收藏于湖北省博物馆的越王勾践剑，系春秋晚期越国的青铜器，其剑格正面镶有两块小小的蓝色玻璃，其主要成分为钾钙硅酸盐。这种成分的玻璃在古埃及和古巴比伦地区是没有的，可能是中国最早的玻璃。

关于中国玻璃的起源，有人认为可能是在陶器上釉的过程中发明的。沾有砂粒和碳酸钠的陶器坯，经过高温烧制后表面会形成一层光滑发亮的“釉”。这种“釉”实际上就是一种玻璃态物质。基于“釉”的演化而发明的玻璃制造法，具有鲜明的中国特色。虽然古代中国玻璃制造发展较晚，但如今的中国已是名副其实的玻璃生产大国，并正在向世界“玻璃强国”迈进。

4.彩色玻璃是如何炼成的

制造普通硅酸盐玻璃的主要原料是石英砂，这是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，其主要成分是二氧化硅，是它构成了玻璃主体部分的“网络骨骼”。

由于石英砂的熔点很高（1750℃），古人通过添加助熔剂（如碳酸钠）的方式来降低石英砂的熔制温度。同时，还需要加入稳定剂（如石灰石）等辅助原料，通过一定的工艺，才能制造出硅酸盐玻璃。

关于玻璃的颜色，主要取决于其中的氧化物种类。比如，玻璃发绿是由于原料中含有少量铁杂质引起的。二价铁的化合物使得玻璃显绿色；加入二氧化锰（四价锰）可将二价铁氧化为三价铁，而使玻璃显黄色；四价锰若被还原成三价锰，则使玻璃显紫色。

根据同样的道理，我们可以利用添加着色剂的方法来赋予玻璃特定的颜色。这些着色剂大多为金属的氧化物。如氧化钴能使玻璃呈现蓝色，氧化镍能使玻璃呈现棕色，氧化铜能使玻璃呈现绿色等。此外，通过调整熔炼的温度以及炉焰的性质也可以调节金属元素的化合价，从而使玻璃呈现出不同的颜色。

5.玻璃可以吹“泡泡”

素有“固态的液体”之称的玻璃，是不是也可以吹“泡泡”呢？是的。公元前一世纪，叙利亚人意外发现玻璃也可以吹“泡泡”。不过，这需要使用空心金属管插入熔融的玻璃之中进行吹制。

为什么玻璃也能吹“泡泡”呢？原来，熔融玻璃在冷却过程中，其外层界面由于与空气接触而形成一层弹性表皮。这个弹性表皮如同一个“袋子”，其内则是黏稠的液态玻璃。通过吹制工艺来控制“袋子”的形状，其装载的熔融玻璃就会按照“袋子”的形状进行定型。训练有素的玻璃吹制大师可以把自己的艺术构思转化为栩栩如生的玻璃艺术品，也可以吹制各种各样的实用玻璃产品。因此，玻璃吹制技术是玻璃制造史上的一个里程碑事件。

吹制玻璃是一项极具挑战性的工作，因为需要面对熔融玻璃的极高温度，必须警惕安全方面的各项风险。没有经过玻璃吹制训练的人，是难以胜任如此高风险、高技艺工作的。事实上，世界各地都存在大体相同的玻璃吹制技术，活跃在这方面的玻璃吹制工也是一个非常特殊的群体。

6.玻璃可以100%回收利用

玻璃属于一种化学惰性的材料，不仅对环境无害，而且寿命期长达100万年。所以，玻璃具有100%可回收和无限期循环使用的属性。

玻璃是最具可持续性的材料之一，有望成为塑料的替代品。在碳达峰、碳中和的背景下，做好废玻璃的回收利用是构建循环经济的重要一环，对于提升资源利用效率、减少温室气体排放具有重要的意义。每回收1吨废玻璃，可以节约1吨以上的自然资源。在制造过程中，利用废玻璃可以替代95%的原材料。每使用10%的废玻璃，可使能源成本下降2%以上。每使用6吨废玻璃，就能减少1吨的二氧化碳排放量。