我们都看过剪刀剪窗花,但你看过剪刀剪玻璃吗?是不是以为这是骗人的假把戏?其实当玻璃在水中时,确实能被剪刀裁剪。这究竟是为什么?今天我们就以科学的角度分析这一现象背后的深层原因。如果对文章内容感兴趣,欢迎点赞。
科学家曾指出:固体材料本身存在的裂缝愈少,就愈难使得裂缝扩大。因此玻璃这种随处可见的材料,从某些角度来讲是非常坚固的。真空情况下,没有裂痕的玻璃要比合金材料更坚固。这个特质也使玻璃在各个领域被广泛运用,从生活百货到航天飞行,它的身影随处可见。有的网友可能会奇怪:生活中见到的玻璃为什么很容易破碎?这是因为常见的玻璃制品基本上都有一些肉眼无法扑捉的裂缝,因此一旦受到力量击打就会碎裂。
那为什么实验中的玻璃同样受到力的作用却不碎呢?这需要从玻璃的成分入手进行分析。玻璃其实是网状构造,它由一个个小的二氧化硅四面体单元结构串联起来。每个二氧化硅四面体的四个顶点,都由氧原子构成。它们形成了结构的外包边,中间的硅原子被包裹。这使他们共同形成的共价键很牢固,所以没有裂痕的玻璃非常硬。但击打力度超过玻璃承受范围时它依然会碎裂。
让我们目光重新聚焦在实验中,这时我们会发现,我们忽略了一个关键性因素——水。其实这就是真正使玻璃被剪开而不破碎的秘密。被泡在水中的玻璃,网状构造中的硅原子很容易受到氢氧根的吸引,和他们形成新的共价键。这就会使自己本身的共价键因为失去物质支撑而变得脆弱。所以剪刀才可以轻而易举地对玻璃进行裁剪。
而这时的玻璃中原子在不断进行反应,整体结构并没有被破坏,所以玻璃也不会碎裂。科学家把这种过程称为玻璃的水解,科学家们还介绍到,氢氧根的水解作,用可以使玻璃破裂时所需要的力量减少20倍。所以玻璃可以轻易地被剪成各种形状。
于是有人想到,玻璃在工业切割时必须要用钻石这种硬度极强的材料来切割,钻石这么昂贵,用在工业上实在太可惜。既然我们已经发现玻璃可以被水解,那我们能否用水来切割玻璃呢?
但在水中切割的玻璃边缘并不平整。而且水解过程中玻璃的原子分布发生改变,所以精准度没法很好的掌控。因此这种切割方式并没有被全面使用。
但水解还是可以在生活中对我们有所帮助的。比如割玻璃时会把水涂抹在玻璃刀上,这就是利用水解过程使之更容易被折断。有的朋友会发现,在眼镜店打磨镜片时也会不断地向镜片喷水,这样一方面可以冲走玻璃残渣,另一方面也是为了让玻璃镜片更好打磨。人们还发明出了水刀切割技术,这些都是对水解现象的应用。
了解完以后是不是觉得很神奇?看似坚硬的玻璃居然真的会在水中变软。生活中我们不清楚的科学小知识还有很多。以后我将会继续为大家科普。