玻璃：平凡的偉大創造

蘇州鋼化玻璃：平凡的偉大創造

今天我們來說說玻璃。

從前，有一個叫做腓尼基的地方，位置就是現在的地中海周邊，那里的人熟諳航海技術，而且擁有經商的天賦。有一天，一艘滿載蘇打的腓尼基商船在航行時遇到了風暴，他說風雨中這點痛算什么，還是趕緊找個地方躲著吧，于是他們來到了一個小港灣。小港灣里物資匱乏，水手們只好搬來蘇打塊作為支架，在沙灘上支起大鍋做飯。簡單的晚餐過后，水手們就開始圍著火堆睡覺了。在夜里，一個冒失的水手踢翻了蘇打塊，倒在了火堆上。沒人注意到這件事兒，被吵醒的無非翻個身繼續他的春秋大夢了。

風也平浪也靜了，水手們醒來后也打算繼續航程了，但此時一位水手驚奇地發現，他居然同時看到了兩個日出，天上一個，熄滅的火堆旁還有一個，不過后者看上去碎碎的。水手們聞訊都聚到火堆邊，發現了一堆亮晶晶的石頭。這些石頭是那么的奇特，如同寶石一般晶瑩剔透，一下子讓腓尼基人excited起來。這種可愛的石頭，便是我們今天所說的玻璃，狡猾的腓尼基人將這個過程進行了研究，發現只是將蘇打和沙子混在一起加熱就可以得到玻璃，于是在那個還沒有誕生保護法的年代，他們將配方作為了一種秘密口耳相傳，由此生產玻璃并進行貿易，在地中海地區發了大財，雄霸好幾百年。

這個故事流傳得極為廣泛。乍一看，故事并非完全虛構，因為玻璃的化學成分是硅酸鈉鹽，沙子提供二氧化硅，而蘇打則是碳酸鈉，兩者發生了化學反應產生二氧化碳，剩下的固體部分就是玻璃了。不過事實上，很多人都曾嘗試過驗證這個傳說，結果卻都以失敗告終?？梢?，原料不是問題，問題是難得的“契機”，如果這個傳說是真的，那么腓尼基人該是多么幸運地獲得了一次偶然的發現并將其發揚光大。無論如何，學術界都已經對玻璃如此被發明的說法，產生了強烈的質疑。

現在，根據考古的一些資料，真正能夠稱為玻璃的古代玻璃，應該是在2000年前左右被發明出來的，而當時的羅馬帝國是這一技術的擁有者，他們不僅具有高超的燒制技藝，還發展出了各類吹制技術，也就是說，他們不僅會合成，還會加工，這實在是太了不起的天賦了。雖然也因為各種因素有過衰退，但羅馬人還是把這一技術的優勢一直保持到了近代，甚至直到現代，威尼斯的玻璃還是為世人所稱贊。

威尼斯玻璃制品

事實上，早在羅馬帝國之前，大約3500年前，埃及人就已發明了所謂的玻璃，但其本質上只是具有釉面的陶器。而至于腓尼基人的貢獻，更大的可能性是他們在埃及人和羅馬人之間起了一種承上啟下的作用，終被夸大了。

古埃及陶器

之所以說是羅馬人發明了玻璃，這倒不是因為人們看不起古埃及人和腓尼基人，毫無疑問，在當時的時代，他們的文明都是不知道高到哪里去了，但文明的發展也要考慮到歷史的進程。對于玻璃來說，其燒制過程重要的訣竅就是燒制溫度，在古羅馬之前，人類對火的掌握還不夠成熟，并不能提供足夠高的溫度來燒制品質優良的玻璃。而要想使成品呈現晶瑩剔透的狀態，需要在1200℃以上的條件并保持較長時間，所以在野外一次打翻爐火就產生晶瑩玻璃的可能性幾乎為零。

當然了，我們說的是幾乎為零，如果那堆爐火是被雷劈倒，那么瞬間產生的局部高溫是可以產生玻璃的，比如自然界存在的黑曜石就是一種黑色玻璃，這是由于火山的高溫而產生的二氧化硅結晶。水晶當然也可以看作是一種玻璃，但天然水晶的形成過程是晶體生長，與玻璃燒制截然不同。所以就算當時腓尼基人發現了玻璃，他們也不大可能通過研究再自己搞出來。

黑曜石、水晶

那么我們中國古代有沒有玻璃呢？實事求是地說，沒有，這個看似并不難的技能點，我們的祖先確實沒有掌握。不過話也不能說的這么絕對，現代化學證明，瓷器與玻璃有著非常密切的關聯，因為瓷釉就是一種玻璃，而中國人燒制的琉璃，則是一種有別于西方鈉鈣玻璃體系的鉛鋇玻璃體系。但是，這種玻璃透明度不高、模模糊糊，如果用作器皿什么的，遠不如瓷器的素肌玉骨來得更好，所以實用性很低。既然我們都已經有了那么非凡的瓷器了，古代的中國人自然就不會太關注玻璃了，所以，雖然在玻璃發展史上，我們中國也是有著原創性貢獻的，但乏善可陳?，F在回想，忽略了玻璃這個寶藏，也實在很可惜。

清代琉璃碗

那么為什么說玻璃是一個寶藏呢？這是因為，玻璃擁有很多寶貴的性能，比如耐腐蝕、絕緣等等，當然了，對于瓷器來說，這些優點也是存在的，但玻璃所獨有的，也是其重要的品質，還是它的光學特征。

那么問題就來了，非晶體的玻璃為什么會是透明的呢？

從外觀上看，玻璃和水晶很像，從結構上說，它們也都是以二氧化硅為主，但二者卻有著非常本質的區別，那就是玻璃是非晶體，而水晶則是晶體。結構化學理論認為，晶體都是有序排列的，就像閱兵時的部隊方陣，而非晶體則是無序的，就像三里屯的人潮。區分有序和無序的方式是這樣的：假設閱兵方陣足夠大，大到無窮大那么大，那么如果平移或者旋轉某個角度之后，這個方陣看上去和原來的一樣，那么就是有序，反之就是無序。玻璃從微觀結構上，不具備這樣的特性，所以它就是非晶體。另外，從宏觀上看，玻璃也表現出沒有固定的熔點，這也是其與晶體的區別所在。

玻璃微觀結構

而玻璃之所以是透明的，其實正是拜其非晶體的特性所賜，而水晶之所以透明的，則是因為它是晶體。這句話聽起來就不是人話，別著急，現在我們來解釋一下。

透明的本質是光可以穿透，比如說空氣中的分子間隔很大，對于光波來說與真空差不太多，所以空氣是透明的。但液體和固體的分子間隔比較小，光波就比較容易受到原子和分子的阻隔，如果在這個過程中，原子或分子對光波中的能量產生了興趣，那么事情就不太好玩了，它們就會吸收掉相應波長的光波，有色透明物質就是吸收了一部分可見光而透過了其余的可見光。而金屬特殊的電子海洋結構，更是使得可見光遇到金屬便被全波段吸收，所以金屬是不透明的。對于水晶來說，它其中的二氧化硅成分并不會強烈吸收可見光，所以光波可以如入無人之境，除了界面反射的那一部分以外，都透射出來了。研究發現，水晶對光波的反射率大約只有8%，也就是說，92%的光可以透射過去。不過，界面的反射作用會累積，所以當晶體界面越多，晶體的透明度就會越低，所以當我們抓一把水晶塊放在一起看時，它們就變得不透明了。

可以想象，如果這些水晶塊之間不是空氣，而是無定型的二氧化硅，那么由于界面仍然存在，這樣半結晶的水晶也將是不透明的。不過，如果這些水晶塊足夠小，小到比光波的波長還要小，可以視作無定型時，這時的界面又消失了，這塊無定型的水晶就就又透明了，但結構卻從部隊方陣變成了三里屯的人潮。玻璃其實就是這種無定型的水晶中，摻雜了一些金屬氧化物。氧化鈉這些對光波沒有什么影響，但過渡金屬的氧化物卻多數對光波有吸收，藍色鈷玻璃便是這個原理。

這樣一個簡單的原理卻在高分子合成中扮演著極其重要的角色。水晶和玻璃都可以看作是無機高分子，它們都透明的案例說明，高分子如果本身對光波沒有吸收，那么要想做成透明物質，重要的任務就是取消界面的存在，這樣就有兩種做法，要么像水晶一樣慢慢生長成單晶，要么就像玻璃一樣干脆長成無定型。

在日常生活中，高密度聚乙烯沒有透明產品，其原因就是，結構規整的聚乙烯太容易結晶，但又結不成單晶那樣，于是結構中就是一些小晶體摻雜著無定型，終便不透明了。聚丙烯的結晶度稍微低一些，所以正常情況下都是半透明，如果這時加入一些助劑讓聚丙烯的結晶變得更小，那么透明的聚丙烯材料便出現了。至于人們為什么不用單晶生長的方式來做透明高分子，只能說現階段條件下，這不過是個美好的夢。而至于像聚酯、低密度聚乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯這些塑料都是透明物質，其原因就在于，它們都不太容易結晶，長出來就是無定型的。高密度聚乙烯管材、聚丙烯管材

聚苯乙烯

氣泡的引入也是形成界面，把玻璃做發泡工藝處理就可以得到陶，陶便是不透明的。此外泡沫飯盒的聚苯乙烯也是引入氣泡，所以飯盒也是不透明的。

聚苯乙烯泡沫板

好了，說完了玻璃透明的原理，我們再來看看玻璃與科技、科學的發展。毫不夸張地說，正是玻璃的透明屬性，改變了人類歷史的進程。

剛才說了，古代的玻璃之都一直在意大利，而先用玻璃造出望遠鏡看星星的，也正是意大利人伽利略，那還是在400年前，在望遠鏡中，伽利略感受到了人類的渺小與宇宙的瑰麗。也差不多是在同時期，荷蘭人列文虎克通過玻璃發現，肉眼不可及的微觀世界，也同樣是妙趣盎然、精彩紛呈。然后，kucha一聲，歐洲的天文、物理、生物等科學，都跟瘋了一樣發展了起來。

化學的發展史中，玻璃也是居功至偉。早期的化學反應還指望不上現在那些什么X射線衍射儀、核磁共振儀、質譜儀等這些高大上的儀器，反應過程都是靠肉眼觀測，在這一前提下，容器選擇就很重要，玻璃透明度高，加工起來也比較容易，更重要的是，除了有些怕堿以外，玻璃還特別耐腐蝕。如果沒有玻璃，只有銅器和陶瓷，我們的化學實驗就會像太上老君那樣，理論計算把孫悟空練成丹藥需要七七四十九天，實驗條件是三昧真火，但是后卻因為觀察不到反應的情況而判斷失誤，終，孫悟空練成了火眼金睛，踢翻了煉丹爐，偷吃了仙丹，大鬧了天宮?？梢韵胍?，如果把煉丹爐改裝成玻璃，后面可能就沒這些幺蛾子了。

拉瓦錫制取氧氣裝置

互聯網的發展也要感謝玻璃，因為把世界串聯起來的真正功臣是光纖，而光纖說白了就是一堆玻璃絲。所以我們完全有理由說，是玻璃支撐了現代科技文明的基礎。

光纖

很多時候，我們也為玻璃感到不平，人類歷史上誕生了很多材料，我們把榮譽給了石器、給了青銅、給了鐵器，但卻沒有給玻璃留下一席之地。相比于上面這些劃時代的材料，玻璃是如此的普通，我們不需要費力去找什么礦，硅酸鹽在地球上遍地都是。但也正是這樣平凡的材料，兩千多年來，玻璃始終保持著其誕生之初優秀的透明品質，直到現代也沒有被來勢洶洶的復合材料所取代。正所謂把每一件簡單的事做好就是不簡單，把每一件平凡的事做好就是不平凡。