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    2. 玻璃會變“軟”?放在水中的玻璃,為何能用剪刀隨意裁剪?

      創建時間:2021-10-29

      玻璃是我們日常生活中隨處可見的材料,在建筑上更為常見。不過在安裝玻璃時,工人都要十分小心,只能用專門工具進行切割,如果一不小心被重物撞擊或碰到硬物就會破碎。

      但是你知道嗎,如果將玻璃放在水中,那么這塊玻璃可以像紙一樣用剪刀剪出任意形狀,并且不會被剪裂也不會碎成玻璃渣,那么為什么玻璃會變“軟”?這種不可思議的科學現象究竟是什么原理?

      玻璃是我們日常生活中隨處可見的材料,在建筑上更為常見。不過在安裝玻璃時,工人都要十分小心,只能用專門工具進行切割,如果一不小心被重物撞擊或碰到硬物就會破碎。

      但是你知道嗎,如果將玻璃放在水中,那么這塊玻璃可以像紙一樣用剪刀剪出任意形狀,并且不會被剪裂也不會碎成玻璃渣,那么為什么玻璃會變“軟”?這種不可思議的科學現象究竟是什么原理?


      玻璃是如何形成的?
      目前大家在市面上看到的多為石英玻璃。石英玻璃是二氧化硅單一成分的非晶態材料,從化學鍵來看,當硅和氧相遇后,它們會自動形成一個四面體結構,空間結構上類似4個氧原子包圍了1個硅原子,而共價鍵存在于硅原子和氧原子之間,使兩者相互結合,形成二氧化硅四面體。

      玻璃就是由這些二氧化硅四面體單元結構串聯起來的網狀構造,由于原子間共價鍵十分牢固,因此玻璃也十分堅固,如果想要進行工業切割,一般都需使用硬度更大的鉆石。但二氧化硅四面體共價鍵的牢固性是相對的,一旦受到擊打就會破碎。
      為什么放在水中的玻璃能用剪刀隨意裁剪?
      當看到把玻璃放在水中,可以用剪刀隨意裁剪的試驗,大家往往注意到的是剪刀剪玻璃這一動作,卻忽略了關鍵物質——水。

      二氧化硅四面體存在一個弱點,將玻璃放在水中時,硅原子極易受到水中氫氧根的吸引,這樣一來,硅氧之間原本存在的牢固共價鍵被折斷,形成新的共價鍵,玻璃分子原本的穩固結構也隨之崩塌,由于被水包裹的玻璃原子反應不斷,所以玻璃整體結構沒有被破壞,不會自動破碎,這個過程被稱為玻璃的水解。


      有哪些應用利用了水解原理?
      在氫氧根水解作用下,玻璃破裂所需的能量減少至從前的20倍,所以玻璃才能輕易地在水里被剪開。其實去配眼鏡時,眼鏡店師傅打磨眼鏡片用的就是這種方式。一邊打磨鏡片一邊用水沖洗,不僅可以沖掉玻璃渣,也能使切割更順滑。

      但是水中切割玻璃的應用并不常見,一是泡在水中操作不方便,二是利用這種方法切割的玻璃邊緣并不平滑。不過大家還是能經??匆娎盟庠砬懈畈AУ墓ぞ?,比如水刀。當水被施加300到500兆帕的壓力,再由0.05毫米的噴嘴噴射出來時,就可以用來切割了。


      家里的玻璃杯能進行水解試驗嗎?
      相信看了這個實驗,大家也蠢蠢欲動,想要在家中用玻璃杯進行實驗,但是實際操作后會發現并不可行。這是因為在室溫下,水中氫氧根非常少,玻璃被水解的速度會變得相當緩慢,再加上家中玻璃杯一般沒有裂痕,氫氧根很難破壞其穩定的結構。

      另外通過這個原理,也可以解釋為何玻璃杯怎樣洗都洗不干凈,看起來有一層白霧,其實這就是水解等腐蝕作用留下的印記。除此之外,生活中還有很多我們不清楚的科技知識等著大家去發現,怎么樣,是不是非常不可思議呢?

       

      玻璃是如何形成的?

      目前大家在市面上看到的多為石英玻璃。石英玻璃是二氧化硅單一成分的非晶態材料,從化學鍵來看,當硅和氧相遇后,它們會自動形成一個四面體結構,空間結構上類似4個氧原子包圍了1個硅原子,而共價鍵存在于硅原子和氧原子之間,使兩者相互結合,形成二氧化硅四面體。

      玻璃就是由這些二氧化硅四面體單元結構串聯起來的網狀構造,由于原子間共價鍵十分牢固,因此玻璃也十分堅固,如果想要進行工業切割,一般都需使用硬度更大的鉆石。但二氧化硅四面體共價鍵的牢固性是相對的,一旦受到擊打就會破碎。

       

      為什么放在水中的玻璃能用剪刀隨意裁剪?

      當看到把玻璃放在水中,可以用剪刀隨意裁剪的試驗,大家往往注意到的是剪刀剪玻璃這一動作,卻忽略了關鍵物質——水。

      二氧化硅四面體存在一個弱點,將玻璃放在水中時,硅原子極易受到水中氫氧根的吸引,這樣一來,硅氧之間原本存在的牢固共價鍵被折斷,形成新的共價鍵,玻璃分子原本的穩固結構也隨之崩塌,由于被水包裹的玻璃原子反應不斷,所以玻璃整體結構沒有被破壞,不會自動破碎,這個過程被稱為玻璃的水解。

       

      有哪些應用利用了水解原理?

      在氫氧根水解作用下,玻璃破裂所需的能量減少至從前的20倍,所以玻璃才能輕易地在水里被剪開。其實去配眼鏡時,眼鏡店師傅打磨眼鏡片用的就是這種方式。一邊打磨鏡片一邊用水沖洗,不僅可以沖掉玻璃渣,也能使切割更順滑。

      但是水中切割玻璃的應用并不常見,一是泡在水中操作不方便,二是利用這種方法切割的玻璃邊緣并不平滑。不過大家還是能經??匆娎盟庠砬懈畈AУ墓ぞ?,比如水刀。當水被施加300到500兆帕的壓力,再由0.05毫米的噴嘴噴射出來時,就可以用來切割了。

       

      家里的玻璃杯能進行水解試驗嗎?

      相信看了這個實驗,大家也蠢蠢欲動,想要在家中用玻璃杯進行實驗,但是實際操作后會發現并不可行。這是因為在室溫下,水中氫氧根非常少,玻璃被水解的速度會變得相當緩慢,再加上家中玻璃杯一般沒有裂痕,氫氧根很難破壞其穩定的結構。

      另外通過這個原理,也可以解釋為何玻璃杯怎樣洗都洗不干凈,看起來有一層白霧,其實這就是水解等腐蝕作用留下的印記。除此之外,生活中還有很多我們不清楚的科技知識等著大家去發現,怎么樣,是不是非常不可思議呢?

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