如果你想知道玻璃是从哪里来的,那么去沙滩看看吧。几乎所有的玻璃都是由含有硅石的沙子制成的,硅石实际上就是磨碎了的石英。
硅石中含有铁。铁使得由纯硅石制成的玻璃呈现绿色。为了制造完全干净无色的玻璃,制造商会添加一些硒,这种矿物质使得玻璃带一点红色,刚好和绿色中和抵消,从而使玻璃变得透明。
(为了制作别的颜色的玻璃,制造商会往硅石中添加其他元素,比如添加钴会得到深蓝色,添加锰会得到紫色,添加铬或更多的铁会得到绿色。)
制作玻璃时,需要把这些含有硅石的沙子融化掉。你是否有过这样的经历呢?阳光明媚的一天,你走在沙滩上,发现沙子热得烫脚。那你可能由此会猜到,沙子必须被加热到非常高的温度才会熔化。冰块在华氏32度的时候融化,而沙子必须被加热到华氏3100度才会熔化,这个温度相当于厨房烤箱能达到的最高温度的5倍。把东西加热到超过华氏3000度需要很多的能量,而且十分昂贵。所以为了制作平常使用的各种玻璃,制造商向沙子中添加一种化学物质,从而使其在较低温度下熔化(大概从华氏1500度到华氏2500度)。通常来讲,添加的这种化学物质是纯碱。
然而,加入了纯碱的沙子会制成一种特殊的玻璃,这种玻璃会在水中溶解。(这可不是水杯的好选择。)
因此,必须添加第三种元素,使玻璃更好的黏合在一起。制造商把沙子、纯碱和磨碎了的石灰石混合在一起。(你可能在旧旅馆或纪念碑上看到过这种可爱的白色石头。)
有种玻璃叫做“钠钙玻璃”,经常被制成窗户、镜子、水杯、瓶子和电灯泡。钠钙玻璃持久耐用,而且在加热时容易定型。为了制成这种玻璃,除了沙子、纯碱和石灰石外,还需要添加一些氧化镁、氧化铝、硼酸。此外,还需要一些使玻璃混合物不起气泡的化学物质。
当所有原料混在一起后,混合物会被倒进一个大熔炉。熔炉里的烈火加热混合物,使其从固体熔化为流动的液体。(最大的熔炉能装下三百万磅的液态玻璃。)液态玻璃保持在最高的温度,直到所有的气泡和斑纹都消失,这样制成的物品就会是完全透明的了。
冰在华氏32度融化,而沙子在华氏3100度熔化。
当玻璃光滑平整的时候,要把火关小一点,这样玻璃会变得粘稠,就像热的太妃糖。然后,把玻璃从熔炉的前面倒入定型机。在那里,玻璃被推进模子里,然后被挤压成型。
然而,要制作中空的物体,比如瓶子,得像吹气球一样吹玻璃。有时在集市或狂欢节,人们会表演吹玻璃的节目。你可能见过有人向管子里面吹气,管子尾端的玻璃就被吹成小动物的形状。机器也可以吹玻璃。方法是向玻璃吹气,直到中间形成一个气泡,这样最终的玻璃制品就中空了。
玻璃定型后,这个新产生的玻璃制品可能在冷却到室温的过程中破裂。于是,制造商用热处理来控制冷却过程,从而解除应力。在最后的工序中,工人们可能还会磨掉玻璃杯柄上的不平整部分,也可能会用特殊的化学物质把玻璃盘打磨得完全光滑。
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关于玻璃到底是固体还是粘稠的液体,科学家们仍然争论不休。由于旧玻璃经常是下面厚上面薄,有的人就认为玻璃随着时间的推移而发生了流动。然而,旧玻璃在制造时并不是完全平整的,人们把它们放进窗框的时候,就把沉的一头放在下面了。而且,最古老的罗马玻璃制品也没有出现“流动”的现象。所以仅仅通过观察旧玻璃,是无法解答玻璃是否是液体这个问题的。