《迷人的材料》精读19

№18 透明的玻璃（1）

（一）自然玻璃

我们知道，沙是岩石剥落的碎屑聚集而成的微粒，其主要成分是石英，而石英则是二氧化硅结晶。氧和硅是地壳中含量最多的两个元素，它们的化合会形成二氧化硅。而石英加热熔化后则形成液态的二氧化硅。一般来说，固体加热熔化，一旦降温又会固化，恢复原貌，这个过程是可以反复的。然而二氧化硅则不同。液态二氧化硅冷却时却不会再恢复成结晶，而是生成具有液态结构的二氧化硅固体——玻璃。

液态二氧化硅固化形成玻璃，看似简单，但要做出好的玻璃其实不容易。首先是沙子里的杂质过多，其次是二氧化硅的熔点高达1200摄氏度，而一般的火焰只有700-800摄氏度。

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在人类发明制造玻璃的技术以前，依靠自然的力量也能形成玻璃——闪电。闪电击中沙漠时产生的温度高达10000摄氏度，轻易融化沙子，形成被称为硅管石或者闪电熔岩的玻璃柱。其原理是：最先遭受闪电击中的沙子高温蒸发，形成中空，中空外层的沙子则高温熔化，形成光滑的玻璃层。玻璃层外部温度再次降低，只能将沙子熔化，形成粗糙的外围。更极端的情况是，如果沙漠遭受陨石撞击，产生的巨大能量能够造成纯度更高的玻璃。

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古埃及图坦卡蒙王木乃伊上的圣甲虫首饰，中央的宝石就是沙漠玻璃。

（二）人工玻璃

罗马人发现了“助溶剂”——泡碱（碳酸钠），并用它来降低熔化石英的温度，从此能够大量制造玻璃，使之进入寻常百姓的家庭。是罗马人首次用玻璃制作窗户，是罗马人首次在金属上加一层透明玻璃，大幅降低了镜子的造价（以前的镜子都是金属表面高度抛光而制成的）。罗马人还发现，固态玻璃加热到一定温度，就能像塑料一样轻易塑形，可以在玻璃冷却前拉出各种形状，还能通过吹气形成玻璃泡泡。他们凭借这个发现做出了前所未有的轻薄的玻璃酒杯。

在古罗马帝国瓦解之后，中国的材料技术在纸、木材、陶瓷、金属等领域曾领先西方世界一千年，唯独没有发展出制作玻璃的技术。西方人十分重视与欣赏玻璃，彩绘玻璃甚至改写了欧洲的教堂建筑。而古代的日本和中国的窗户主要是纸窗，其建筑风格完全不同于西方。

同时，因为缺乏玻璃技术，东方工艺再发达也发明不出望远镜和显微镜，而缺乏这些光学仪器，东方也就没法像17世纪的西方那样产生科学革命。