到玻璃家族漫游

到玻璃家族漫游

从居室中的窗玻璃、镜子，到盛放调料、饮料的瓶子、杯子；从矫正视力的眼镜片，到电视机的荧光屏；还不要说化学实验中没它就不行的试管和烧杯、科学观测使用的显微镜和望远镜头……这里无需再罗列下去。但是，什么是玻璃？五颜六色的玻璃又是怎么成色的呢？让我们到绚丽多彩的玻璃家族漫游一遭吧。

玻璃是一种组成不固定、由不同硅酸盐混合熔制而成的透明制品，是屈指可数的非晶态（即无定形态）固体之一。以普通玻璃为例，是由硅酸钠、硅酸钙和过量二氧化硅组成的混合物，其近似化学式可用Na₂CaSi₆O₁₄或Na₂O·CaO·6SiO₂来表示，通常由砂子（SiO₂）、纯碱（Na₂CO₃）和碳酸钙共熔即制得；若熔制玻璃时用碳酸钾部分代替碳酸钠，则所制得的玻璃较硬，且较耐高温和化学腐蚀，因此可用来制作化学实验用的玻璃容器，如烧杯、试管等；当用铅代钙制玻璃时，则因其具有较高密度和折光率，常被用作制光学仪器，成分中的铅还可用于防止X射线的辐射伤害；如熔制玻璃时减少钠的含量，保持二氧化硅的高含量，并加入12%～15%的氧化硼，则可制出耐骤冷骤热、耐高温、强抗化学腐蚀的特硬玻璃，专用来制作高级化学反应容器。

如果我们从普通窗玻璃的横断面看，就会发现这种玻璃实际上是浅绿色的，这是因为在制作玻璃时，实难避免从原料中带入少量的Fe^2＋，由于配位场效应的影响，使Fe^2＋呈浅绿色；如果想去掉玻璃中的浅绿色，可在熔制时加入适量的二氧化锰，结果发生反应：

Mn^4＋＋Fe^2＋＝Fe^3＋＋Mn^3＋

在玻璃中Fe^3＋呈黄棕色，Mn^3＋呈紫色，因这两种颜色互为补色，则制出的为地地道道的无色玻璃。熔制玻璃时，如果加入少量着色剂，则可制出不同颜色的玻璃。炼钢工人在炉前操作时所戴用的蓝色防护镜，是在制作玻璃时加入了适量的氧化钴（CO₂O₃），由于Co^3＋的配位场效应的影响，使这种玻璃吸收黄光，因而其补光蓝光可以透过。钴玻璃不仅可用于强光下观察保护眼睛，还可用于化学实验中观察钾的焰色时滤掉钠的干扰；用褐色玻璃烧制成的瓶子可以盛放一些需避光保存的物质，如碘化钾见光易被氧化成碘，就可将碘化钾试剂盛放在棕褐色瓶里。此种玻璃呈现褐色的原因，是因为其中的杂质Fe^2＋和Fe^3＋所致。各色玻璃的显色原因不可能逐一介绍，这里再给出一些较为名贵的玻璃的主要显色成分：金红宝石玻璃——金；粉红宝石玻璃——铂；铜红宝石玻璃——铜；乳化玻璃——氟化物等。

最后介绍一下感光玻璃或称变色玻璃。用这种玻璃制作的眼镜片，在强光下会自动变“暗”，在暗处又重新被“漂白”，这样就得到一副在不同光强环境下因能自动调节进光强度而能够保护视力的眼镜，给使用者带来方便。是什么成分导致了感光玻璃会变色呢？其实其变色机理并不复杂，在制作感光玻璃时添加少量卤化银，在光照条件下，无色的卤化银被还原为黑色的银：

2AgCl2Ag＋Cl₂

使镜片变“暗”；但由于氯或其他卤素不会从玻璃的封闭区域逸出，因此当强光源一“撤离”，它们又会重新结合成无色透明的卤化银，镜片也随之变“透亮”。当然，具体技术要求比这要复杂得多，如要添加一些氧化铜，作重新结合成卤化银反应的催化剂等，这里就不再详述。