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把玻璃放在水中,就可以用剪刀隨意的裁剪!這是什麼神奇的科學現象?

小伙們在日常生活中天天都能看到玻璃,你是否知道你看到的那些玻璃,也能像紙一樣被人們任意裁剪嗎?這種不可思議的科學現象究竟是什麼原理?

其實,這種現象很早以前就被人們發現了,它真的存在!我們甚至不需要什麼高大上儀器的幫助下,就能完成,你只要擁有這樣東西就可以讓神奇的一幕發生,它就是水。

在水中,人們拿起剪刀,之後就能讓玻璃像紙一樣被裁剪,人們發現玻璃既沒有崩壞掉,也沒有稀碎的玻璃碴,它甚至還能剪出形狀,這是為何?

其實這其中的原理還真有點複雜。首先我們要知道,玻璃的主要成分叫做二氧化硅,從化學鍵來看,硅和氧遇上後,它們會默契的形成一個四面體結構,大致可描述為是4個氧原子包圍了1個硅原子,而存在於硅原子和氧原子之間的,它們就是讓兩者相互結合的共價鍵。不過,這個堪稱頑固的四面體二氧化硅仍然存在一個弱點,那就是它很容易受到水中這種名為氫氧根的親核攻擊。在它的攻擊下?,硅原子十分容易被氫氧根拉攏,妥協後的硅原子,會因硅氧之間原本存在的共價鍵,很容易被氫氧根折斷。這種過程被認為稱為「玻璃的水解」。

簡單來說,在氫氧根的打壓下,導致玻璃分子原本穩固的結構崩塌了,硅原子和氧原子也因此斷裂。這麼看來,在水下人們在剪玻璃的時候,水會幫你將玻璃從內部弱化,從而使得我們在裁剪玻璃的時候格外輕鬆。

你可以這麼理解,將玻璃放在水下,這個時候玻璃表面能和水暗自結合,它們會因此不再孤單,它們的行為順帶縮小了水和內部玻璃結構的能量差。或者說,一片玻璃在沒有丟入水裡之前,它原來的分子十分和諧,它們手拉著手。當玻璃被放置在水裡後,這一現象發生了改變,一旦水分子發現,之前手拉著手的它們有所懈怠,導致它們之間的關係不那麼堅不可破的時候,水分子就去順勢而上,破壞玻璃內部存在細小裂紋的分子連接區域里,這會使得此時的玻璃很容易被裁剪。

玻璃工人們在切割玻璃的時候,也總結出了這麼一條經驗,那就是他們會在切割刀划過的玻璃面上沾點水,之後人們想要折斷它就會很輕鬆。這一點就利用到了水能夠降低人們裁剪玻璃時所需的外力,並且也很容易讓它已經出現的裂口更容易控制。

去過眼鏡店配眼鏡的朋友可能會發現,在製作眼鏡片的時候,工作人員會向鏡片不停地噴水,之所以這麼做就是為了讓玻璃更聽話,更易被打磨。

看到這,我想很多人會問:那為什麼我們在洗杯子或是喝水的時候,那些玻璃不會破碎呢?這是因為你手中的那個玻璃器皿沒有裂痕,它處於完好的狀態,也就導致氫氧根找不到它能攻擊的弱點。

還有一個原因是在室溫環境下,水裡的氫氧根相對較少,這使得,該環境下,完好的玻璃被水解的速度變得異常緩慢,有一組數據指出,將二氧化硅玻璃丟在pH值為8以下的溶液里,一年下來,它只能水解10納米左右。

如果說這個玻璃容器上有細小的裂痕,或是說它經常被人們拿來盛放鹼性高溫液體的話,那麼這個玻璃容器的水解速度就會有明顯的改觀。有些人在生活中可能會發現一些用久了玻璃杯,它們的表面看上去並不清透,似乎被一層白霧包裹,這層白霧怎麼洗都洗不幹凈,這其實就是水解等腐蝕作用留下的印記。

總的來說,我們可以將玻璃看作,它是由不少四面體為基本單位串連而成的一個巨大網狀構造。這種網狀構造能在外力的施壓下被扯破,比方說水就能讓這種網狀構造的破裂程度開啟快進模式,然後在此發生分解反應,從而加速這一裂紋的擴長路徑。

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