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你真的了解玻璃吗?

发布时间:2017-02-24 浏览量:648 来源:非晶中国
玻璃制品

玻璃制品
 
  玻璃,尽管是生活中很常见的东西,但是你可能想不到的是,科学家并没有完全理解它们。通过下面的介绍,你将会发现,现实远比我们想象的要复杂得多。
 
  玻璃是什么?
 
  如果你去欧洲参观那些古老的大教堂的话,导游们常常会向你兜售这种观点:玻璃其实是液体,会慢慢地往下流,所以这些古老教堂上的玻璃都是上薄下厚的。但这个观点是错的。玻璃并不是一种流动很缓慢的液体。研究表明,即使经过十几亿年,一块玻璃里也只不过是几个原子会发生移动。那么上薄下厚是怎么回事?事实上,中世纪的玻璃制造工艺还比较粗糙,没办法制造出厚度均匀的玻璃,于是工匠们会把玻璃厚的一边放在底部。
 
  所以,玻璃就是固体了?对,但它却是一种极为特殊的固体。玻璃是一种无定形固体,或者叫做非晶态固体,因为它的微观结构不像晶体固体(例如金属、食盐和冰)那样是有规则的晶格排列,而是一种类似液体那样的不规则排列。
 
  另外,很多高分子化合物如聚苯乙烯等也是无定形固体。
 
玻璃制品

玻璃制品
 
  如何从液态转为固态?
 
  但是,科学家并没有完全搞清楚玻璃的一切。例如,玻璃从液体转变为无定形固体的过程仍然令人摸不着头脑。
 
  大多数材料从液体变为固体时,内部的分子会立刻进行重新排列。也就是说,处在液体时,分子可以自由地走动,然后在某个时刻分子会突然发现自己被困住了,于是一种有规则的晶格排列就形成了。但是从炽热的液体转变为透明的固体的过程中,玻璃分子的运动状态并不是突然发生改变的,而是随着温度的下降而逐渐放缓的,最终形成的无定形固体仍具有类似液体那种不规则的排列,但却具有固体那种坚固的性质。换句话说,在玻璃中,我们遇到了一种奇怪的现象:类似液体那种不规则的排列被神奇地固定了下来。
 
  但它究竟是怎么被固定下来的仍是一个悬而未决的问题。科学家们提出了许许多多理论来解释。
 
  一种可能的原因是与能量有关。根据热力学定律,每一个分子集合总是趋向构成一种所含能量最低的排列。但在玻璃中,不同的分子集合却会构成不同的排列,最终会形成了一个不可调和的不规则排列。
 
  尽管这种解释听起来不错,但是玻璃会形成不规则的排列,真的是因为这是一种能量最低的排列吗?一些科学家猜测,也许这是一种混乱程度最大的排列,因为一个系统的混乱程度总是趋向于达到最大(即热力学第二定律)。
 
  这也是一个合理的解释,尽管这个反而很难解释晶体固体中有规则的晶格排列是如何形成的。
 
  而另一些科学家却认为,玻璃所形成的结构,也许是一种极为特殊的晶体。而且有一个证据能证明这个观点,那就是玻璃内有不断重复的几何结构。如果这种观点是正确的,那么玻璃可以真正称得上“晶”莹剔透。
 
  但不管怎样,玻璃为什么是这样的,到今天也没有一个统一认可的解释。

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