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玻璃最美妙的特性是透明,不生銹、抗腐蝕,這些優(yōu)點(diǎn)懸其他材料,如各種優(yōu)良的金屬、磚石及木材等望塵莫及的。從埃及古墓中發(fā)掘出來的玻璃項(xiàng)珠,在地下埋了四千多年,至今仍然象當(dāng)年制成的那樣閃耀著美麗的光澤。
玻璃的主要成分是石英石即二氧化硅(SiO2),它十分堅(jiān)硬,此外,它具有透明的特性,它被廣泛用作窗玻璃、光學(xué)儀器玻璃,以及各種化學(xué)和生活容器。人們?cè)诨瘜W(xué)上的各種實(shí)驗(yàn),總希望能直接看到容器內(nèi)的化學(xué)反應(yīng),這只有玻璃才能勝任,因?yàn)樗该,而且還能抗各種化學(xué)物質(zhì)的腐蝕。一般的金屬遇到酸就要發(fā)生化學(xué)反應(yīng),連最穩(wěn)定的"金屬之王"的金子,在遇到由硝酸和鹽酸混合成的"王水"時(shí),也被馴服而溶解了。唯獨(dú)玻璃不怕鹽酸、硫酸、硝酸甚至王水的侵蝕。只有苛性堿才能略微腐蝕玻璃的一層表皮。因此玻璃成了化學(xué)家的寵兒,甚至成了化學(xué)家的"玻璃試管專家"。
玻璃雖易碎,但卻很硬,它受承受的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了生鐵。有人做過這樣的實(shí)驗(yàn);在同樣大小的生鐵塊和玻璃塊上加壓重物。當(dāng)重量達(dá)到一百斤時(shí),生鐵塊就被壓碎了,而玻璃卻安然無恙。一直加壓到一百八十斤以上時(shí),玻璃塊才破碎。面對(duì)這樣堅(jiān)硬的脾氣,如果我們用普通鋼材做的刀、剪、錐、鋸都不能動(dòng)他分毫?xí)r,只有用高級(jí)合金鋼做的刀和金鋼砂輪才能在玻璃上刻劃出痕跡來。
可是玻璃這樣堅(jiān)硬,我們?cè)鯓硬拍芊奖愕卦谏厦婕庸こ龈鞣N美麗的花紋呢?
玻璃可以抵抗許多種酸,而磷酸和氫氟酸能夠輕易地腐蝕和拋光玻璃表面。用氫氟酸等物質(zhì)對(duì)玻璃表面進(jìn)行腐蝕具有很大的危險(xiǎn)性,氫氟酸可以傷及人的皮膚甚至骨頭,且揮發(fā)的氣體具有毒性和腐蝕性。
因此,對(duì)玻璃進(jìn)行酸洗必須格外小心,需要有專業(yè)的萃取、沖洗設(shè)備,包括排除腐蝕性氣體的防護(hù)罩、廣口的塑料容器、合適的儲(chǔ)藏空間和工作設(shè)備。塑料的長柄勺是很有用的工具,但在金屬勺外包裹蠟后也可以使用。工作人員在處理氫氟酸時(shí)要穿上防護(hù)服、防護(hù)靴并戴上面罩。建議配備堿性中和設(shè)備以解決突發(fā)事件。
腐蝕的深度和效果取決于酸的強(qiáng)度和溫度、玻璃的品質(zhì)和浸泡時(shí)間。酸洗玻璃需要根據(jù)不同的情況調(diào)整酸洗的方法。大致上,4份水核60%濃度的氫氟酸是普遍適用的,如果要進(jìn)行深度酸洗,則需要2份水和1份氫氟酸,切記必須將酸加入水中,而不是將水加入氫氟酸中。4份水與1份酸在2小時(shí)的情況下可以腐蝕大約1.5mm厚度的玻璃。來自斯堪的那維亞的一個(gè)配方是:3份60%濃度的氫氟酸+5份水+1份90%濃度的硫酸。
有一種酸的配方可以使堿石灰玻璃表面達(dá)到綢緞般無光的效果:
氫氟酸(60%)1.0kg=2磅
氟化氫銨 0.2kg=6盎司
硫酸 0.2kg=6盎司
許多藝術(shù)家用酸腐蝕玻璃器皿的表層或里層,達(dá)到理想的效果。產(chǎn)生燈泡效果的酸洗操作程序大致為:用熱水清洗玻璃,將腐蝕溶液噴灑在玻璃表面或?qū)⒉AЫ敫g溶液中20秒后用熱水清洗。
想在玻璃表面獲得裝飾性的圖案可以使用蠟紙模板抵抗酸的侵蝕。通常將加熱的玻璃進(jìn)入熔融的蠟中,在蠟全部覆蓋在玻璃表面后,除去裝飾紋樣部分的蠟,將玻璃浸入腐蝕溶液中以獲得期待的效果。蠟、液體(石油)瀝青和鉛箔是覆蓋在玻璃表面抵抗腐蝕的常用材料。被稱為乳白色蝕劑或法藍(lán)西浮雕的腐蝕溶液,是一種具有粘性的、腐蝕速度慢但仍然具有毒性的酸洗溶液。為安全,但操作時(shí)需謹(jǐn)慎。它的配方是:
氟化氫銨 1kg=2.25磅
糖 1kg=2.25磅
硫酸鋇 125g=4.5盎司
軟水 1L=1.75品脫
糖在其中的作用是增加溶液的粘性,該溶液又被稱為“糖酸”,在市場上常以管狀膠體的形式出售,它主要用于玻璃器皿上標(biāo)志、徽章的腐蝕。玻璃在氫氟酸中浸泡后表面能變得透明,具有光澤,而不同的酸配方可以在玻璃表面形成不同的效果。拋光酸的配方是:
軟水 3份
硫酸(95%) 2份
氫氟酸(60%) 2份
如果人們要制造量筒,量杯上的刻度時(shí),只要先將量筒放在溶化了的石蠟中浸一下,再用力刮去刻度位置上的蠟,再涂上氫氟酸(或放在氟化氫氣體中)進(jìn)行腐蝕。由于氫氟酸為會(huì)現(xiàn)石蠟發(fā)生化學(xué)反應(yīng),被腐蝕的只是量筒上刻去石蠟的地方,因此等脫去多余的氫氟酸和石蠟后,量筒等儀器上便會(huì)顯出蝕成的刻度線來,于是量筒便制好了。
我們前面還知道了在煉鐵時(shí)還要用到氟化氫氣體與鐵礦石外的脈石(主要成分為二氧化硅)反應(yīng):
SiO2+4HFSiF4+2H2O
這個(gè)反應(yīng)促進(jìn)了煉鐵的順利進(jìn)行。
用氫氟酸拋光可以節(jié)省手工和機(jī)器拋光耗費(fèi)的時(shí)間,在現(xiàn)今的工廠中普遍使用,而藝術(shù)家也用酸來緩和噴砂后的玻璃表面,產(chǎn)生比噴砂更加細(xì)膩、精美的效果。在英國,工業(yè)上經(jīng)常用氫氟酸等強(qiáng)酸對(duì)玻璃進(jìn)行短暫的浸泡,而在歐洲大陸工業(yè)上則用稍弱的酸對(duì)玻璃進(jìn)行較長時(shí)間的浸泡。在至少40攝氏度的溫度下拋光酸能夠最為有效的發(fā)揮作用。
由于氫氟酸會(huì)腐蝕玻璃,因此氫氟酸不能儲(chǔ)放在玻璃瓶內(nèi),而要放在聚乙烯塑料中,我們?cè)谧鰧?shí)驗(yàn)時(shí),可將它放在銅制的器皿中。因?yàn)殂~制的器皿經(jīng)氫氟酸腐蝕后會(huì)在表面生成一層氟化鉛PbF2,保護(hù)鉛不再被腐蝕。我們要注意,氫氟酸有毒,實(shí)驗(yàn)一定要有通風(fēng)的條件。

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