硬玻璃可以在水中任意切割。為什么喝水的玻璃不行?

 

為什么硬玻璃放入水中後,人們可以用剪刀隨意切割?這種現象的原理是什么?為什么喝水的玻璃放在水裏沒有同樣的結果?

玻璃的主要成分是二氧化矽。矽和氧結合後,會形成四面體結構。在單個二氧化矽分子中,四個頂點是氧原子,中心包裹著一個矽原子,然後在矽原子和氧原子之間形成一個非常可靠的共價鍵,導致玻璃硬度高。然而,看似堅固的四面體二氧化矽仍然存在一個弱點。

遇到水後,矽原子容易被水中的氫氧根吸引,導致原有的共價鍵被破壞,從而形成新的共價鍵。而且氫氧根的水解作用使得玻璃破裂所需的能量減少了20倍,所以玻璃分子原有穩定的結構只需要更少的力就可以崩塌。

矽原子和氧原子斷裂,導致玻璃表面出現微小裂紋。一旦出現裂紋,氫氧根會迅速破壞原有穩定的結構。同時,在外力的持續作用下,裂紋會迅速擴大,這也是我們可以在水中用剪刀隨意切割玻璃的原因。

當然,用剪刀在水中切割玻璃並不是很准確,接口也不會很光滑,甚至容易崩潰,但我們在生活中仍然可以看到這個原理的使用。比如眼鏡店打磨鏡片的時候,也會在鏡片上弄點水,用氫氧根削弱玻璃的強度。這個時候你可能還有一個疑問。既然玻璃放入水中後變得如此脆弱,為什么我們平時用來喝水的印花陶瓷杯?

由於我們使用的玻璃器皿完好無裂,氫氧根很難破壞其穩定的結構。而且由於室溫下水中氫氧根不多,室溫下完好的玻璃水解速度會變得相當慢。如果將二氧化矽玻璃扔進pH值小於8的溶液中,一年後只會水解10納米左右。但如果玻璃器皿出現細小裂紋,或者經常用來盛放堿性高溫液體,玻璃器皿的水解速度會變快。

我們通常會看到一些長期使用的玻璃,表面不是很清晰,看起來有一層白霧,無法清洗。其實這就是水解等腐蝕留下的痕跡。當生活處處隱藏時,我們需要更加關注生活。

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