玻璃的主要成分(沙子做成玻璃是否可行)

  沙子、玻璃,这两种东西在我们的生活中无处不在,也是和人们的生活有着密不可分的联系。但是我们平时很难将这两种东西联系到一起去,但是最近国外有一群年轻人,他们可是将这两种风马牛不相及的东西多少沾上了点亲戚,没错,他们就是想用沙子制成玻璃。

  同宗同源

  为什么他们会想着用沙子来炼制玻璃呢,原因就是这二者的化学成分很相近。玻璃的主要成分是二氧化硅,而沙子的主要成分也是二氧化硅,尤其是在沙漠中的沙子,几乎没有别的杂质,所以二氧化硅的纯度也就特别的高,那么将这种沙子加热到2000度以上是否就能制出玻璃呢?那就让我们一起来看一看这个实验的过程。

  炼制的过程

  首先我们要知道,沙子这种东西可是十分耐热的,就算是将岩浆浇到上面也是不为所动,所以只能将其放在加热的容器里,随着温度的逐渐升高,我们可以发现原本淡黄色的沙子颗粒就已经融化成了粘稠的液体,不过这时候还不足以定型,需要拿出来用火枪进行二次加热。

  这时沙子的液体变得十分光滑且有一些透亮,最后将所有的液体倒在钢板上,压成薄片,冷却后我们可以发现它确实给我们一种玻璃的感觉,有一种晶莹剔透的美。那么沙子究竟是经历了什么才会从一个实心颗粒变成了晶莹剔透的二氧化硅制品呢?

  沙子发生变化的原因

  我们在显微镜下看到的沙子其实是许多物质混合在一起的,有许多晶莹剔透像玻璃一样的东西那就是二氧化硅,那么我们在得到沙子提炼后的玻璃时,虽然是晶莹剔透,但是还达不到实用的地步,这是因为什么呢?

  1.原子之间重新组合

  最主要的一个原因就是我们在对沙子进行加热时,破坏了二氧化硅的分子结构。简单点说,沙子中原本的二氧化硅结构是一个硅原子上连接四个氧原子,但是当你用高温加热时,会使它们之间的共价键断裂,处于游离状态,当再进行冷却时,这些原子就会随意、随机结合。

  这也就发生了无定形变化,杂乱无章的结构就导致了二氧化硅变成了非二氧化硅,但这发生的只是物理变化而已,所以物理性质也就发生了及相应的变化。

  举个简单的例子,就像是将许多碎冰块放在一起,然后将它们融化,再用一个更大的容器将其放进冰箱里,这样就得到了一个更大的冰块,只不过水变成冰时原子之间的共价键并不会发生变化。

  2.存在一些其他杂质

  第二个原因就是沙子中可能还存在一些其他的物质,它们的存在也会影响成品的物理性质,比如颜色和硬度、纯度等等。看到这有的朋友不禁问了,那么我们将沙子提纯一下是不是就可以制作玻璃了呢?毕竟我国有着大沙漠、大荒漠,如果可以的话不就能大大的节约玻璃的生产成本了吗?其实说实话,理想和现实是有差距的。

  为何不能将沙漠中的沙子制作成玻璃节约资源?

  1.玻璃的生产流程,生产的原材料不同

  或许你看了上面的内容认为玻璃制作的过程很简单,仅仅是几粒沙子就将问题解决了,那你就太单纯了。玻璃是一种无机非金属材料,虽然主要原料是二氧化硅,但是还需要多种无机矿物作为辅料,如硼砂、硼酸、碳酸钡、石灰石等。

  我们市面上见到的玻璃的化学组成一般是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或Na2O·CaO·6SiO2等,我们可以看出主要成分是硅酸盐复盐,是一种没有固定规则和结构的晶态固体。首先在原料的问题上沙子就显得手无缚鸡之力了。

  2.制备的温度不同

  其次在制备玻璃时,首先要将原料进行粉碎,潮湿的要将其进行干燥处理,最重要的一步就是除铁,否则会影响玻璃的质量,然后将预加工原料放在池窑或者坩埚窑中进行加热,温度在1550摄氏度到1600摄氏度之间,要保证它们受热均匀,无气泡产生,符合成型要求的液态玻璃。最后将液态玻璃放到模具里面,加工成需要的玻璃、平板、或一些其他器皿等。

  但是上文中说到,用沙子制备玻璃需要加热到2000度以上,当温度高到了一定程度,物质极容易因温度的变化而产生不同的反应,所以在这400多度的温度差中,混合物将会发生什么样的变化都是未知的,同样也会对玻璃的质量造成一定的影响,所以相比而言,用沙子炼制玻璃的想法还是有点不太真实。

  3.能否将沙子中的石英砂提炼出来

  沙子的形成就是各种岩石经过风化后形成的细小颗粒,那么既然沙子中含有大量的二氧化硅,我们为何不将二氧化硅筛选出来然后再为玻璃制造业做贡献呢?这个想法其实没有问题,但是实施起来就面临着很严峻的考验,我们如何将二氧化硅提炼出来?

  沙子中各种物质交互错杂,形状大小甚至密度都极有可能相似,想要通过筛子筛、或者是密度分离法显然是不太可能的,那也总不能让人工每天在显微镜下一个一个挑吧,还没等制出玻璃,公司就会因为人工费而破产了。

  想象一下,我们中国有无边无际的沙漠,如果真的可以用其中的沙子来做一些什么的话,早就有人去实施了。但是今天我们所做的这种实验,相信对未来的科学发展也有一定的积极意义。

  石英砂具有得天独厚的物理和化学性质,使其在航空、航天、电子、机械和当今飞速发展的IT产业中发挥着举足轻重的作用,尤其是其内部分子链结构、晶体形态和晶格变化规律给我们的制造业和生活带来了许多的便利。其耐高温、低热膨胀系数、高绝缘、耐腐蚀、压电效应、共振效应及其独特的光学特性在许多高科技产品中发挥着越来越重要的作用。
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