說到玻璃，大家可能都不陌生，不管是自家窗戶還是對面大樓的窗戶，基本上都是用玻璃做的，這不僅僅是因為其優(yōu)異的光學(xué)性能(透光)，還因為它有極好的物理防護性能(擋風(fēng)、防雨)。在造價和取材方面也很親民，隨處都可以找到它的身影。 

　　  

　　玻璃的前世今生 

　　玻璃一般是指透明、脆性、不透氣并具有一定硬度的物料。 

　　世界上最早的玻璃是古埃及人制造的[1]。玻璃的出現(xiàn)與使用已有四千多年歷史。而在中國，人們在西周時期的古墓中曾發(fā)現(xiàn)玻璃管、玻璃珠等物品，這說明古人在西周時已經(jīng)開始制造并使用玻璃。南北朝以前的人們，將用火燒成的透明物通稱為“琉璃”；宋朝時則開始稱之為“玻璃”；到明清時期，習(xí)慣將低溫?zé)傻?、半透明的、有玻璃光澤的物質(zhì)稱為“琉璃”。 


圖1 色彩繁多的玻璃珠 

（圖源：參考文獻1） 

　　中國古典作品中亦有提及“玻璃”一詞。比如南宋詩人楊萬里(1127年-1206年)的《稚子弄冰》一詩中： 

　　稚子金盆脫曉冰，彩絲穿取當(dāng)銀錚。 

　　敲成玉磬穿林響，忽作玻璃碎地聲。 

　　其實，按照現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)來說，很多當(dāng)時所說的“琉璃”并不指現(xiàn)代所說的“玻璃”[2]。 

　　如今，玻璃已經(jīng)成為日常生活、生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的重要材料。玻璃能反射、折射光線，因此可以制作透鏡、三棱鏡或高速傳輸用的光纖；玻璃中若加入金屬鹽類，其顏色會改變，因此可以用玻璃制作色彩斑斕的藝術(shù)品，比如著名的花窗玻璃。 

　　最常見的玻璃是鈉鈣玻璃，主要成分是二氧化硅（SiO2）、氧化鈉（Na2O）、氧化鈣（CaO）以及其他添加物。玻璃在日常環(huán)境中呈現(xiàn)化學(xué)惰性，一般不溶于酸（例外：氫氟酸（HF）與玻璃反應(yīng)生成SiF4，會導(dǎo)致玻璃的腐蝕）；但溶于強堿，例如氫氧化鈉 (NaOH)[2]。 

　　  

　　常見的玻璃腐蝕現(xiàn)象 

　　在大家的認知中，可能覺得生活中的玻璃是一種很穩(wěn)定的物質(zhì)，不容易發(fā)生腐蝕。如果仔細觀察臥室的鏡子或者是窗戶上的玻璃，就會發(fā)現(xiàn)，隨著使用時間延長，玻璃表面會出現(xiàn)白霧、白點，即便噴水擦拭后也無法除去，這些白霧、白點并不是灰塵，而是玻璃發(fā)生腐蝕后的產(chǎn)物，也有人用“玻璃風(fēng)化”、“玻璃發(fā)霉”來形容這種腐蝕現(xiàn)象。 

　　  


圖2 玻璃在大氣中的腐蝕（a）公交車玻璃上的白霧、白點 （b）彩虹斑 

（圖源：參考文獻4） 

　　在春夏之交，氣溫和濕度逐漸升高，會使玻璃腐蝕的幾率大大增加。對于單純承受大氣物質(zhì)侵蝕的建筑物窗戶玻璃來說，其腐蝕可以分為四個階段[5]： 

　　（1）空氣中的水、二氧化碳和灰塵等物質(zhì)會吸附在玻璃表面形成沉積物，但這種表面沉積物很容易用水清洗。 

　　（2）如果玻璃一直處于較高濕度的條件下（60%以上），表面的沉積物會變厚（約1μm），水或者潮氣會向玻璃內(nèi)擴散，玻璃組分水解后會使表面變色，仍然可以用水清洗干凈。 

　　（3）玻璃表面形成沉積膜后，如果繼續(xù)處于較高濕度的大氣環(huán)境下，某些成分（堿金屬和堿土金屬）會在玻璃表面大量富集和浸析，表面的可溶性硅酸鹽被破壞，此時，局部位置會存在硅含量較高的物質(zhì)，看起來像是水漬殘留，腐蝕輕微的部分用食醋就可以清洗，腐蝕嚴(yán)重的甚至得用前面提到的氫氟酸才能有效的清洗。 

　　（4）最后階段，玻璃表面將變得十分粗糙，局部會發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕。這是因為玻璃中的鈉離子從基體中遷出，與空氣反應(yīng)生成白色的堿性物質(zhì)，這便是玻璃上的白霧、白點，即使用氫氟酸也無法達到有效清洗。 

 

圖3 玻璃在大氣中的腐蝕過程 

（圖源：作者自制）

 

　　可能大家對玻璃表面粗糙不太理解，舉個生活中例子：鏡子用得越久，會感覺它越來越模糊，這就是由于表面受到了腐蝕，變得較為粗糙，入射的光線部分發(fā)生了漫反射。從玻璃腐蝕的第一階段來考慮，每周用水輕輕擦拭，保持鏡子清晰干凈，其使用壽命可以延長。 

　　除了白霧、白點，玻璃腐蝕還會出現(xiàn)彩虹斑，它的成因比較復(fù)雜，具體可以分為兩種：（1）生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的，也被稱為應(yīng)力斑。由于玻璃內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻而使得入射光產(chǎn)生干涉的現(xiàn)象，目前尚無方法避免。（2）使用過程中產(chǎn)生的，受到空氣中的水汽或者其他化學(xué)產(chǎn)品的侵蝕[6]。 

　　  

　　玻璃腐蝕，有弊也有利 

　　雖然玻璃腐蝕會給我們生活帶來困擾，但在玻璃加工過程中，這是一種有用的加工手段。有人可能好奇玻璃上的文字或者花紋是怎么添加上去的？  

　　方法除了直接進行雕刻，還可以利用蝕刻劑(HF，氫氟酸)來對玻璃進行刻蝕。將玻璃涂上用汽油溶解的石蠟液作為保護層，在固化的石蠟層上雕刻出所需要的文字或者圖案，刻痕深度要能使玻璃露出；然后，將HF酸滴于文字或者圖案上，控制腐蝕的時間、調(diào)整所需花紋的深淺，之后用溫水洗去石蠟和氫氟酸，即可制得有花紋的玻璃[7]。（不建議自己操作，氫氟酸具有強烈腐蝕性） 


圖4 利用HF刻蝕玻璃 

（圖源：參考文獻8） 

　　化學(xué)反應(yīng)方程式為： 

　　其實，玻璃的腐蝕速度并不取決于材料的固有特性，它取決于玻璃的成分、結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)以及環(huán)境條件。通過上述講解，我們可以發(fā)現(xiàn)玻璃腐蝕無處不在。雖然有時候會給我們的生活帶來一些麻煩，但轉(zhuǎn)換一下思路，它也可以成為加工材料的一種手段。腐蝕對于玻璃有利也有弊，如何興利抑弊則需要我們共同努力。 

　　  

　　參考資料： 

　　1. 世界是何時會制玻璃的？[EB/OL]. http://wap.ea3w.com/jdbk/92128.html, 2016-05-06 

　　2.  玻璃[EB/OL]. https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%8E%BB%E7%92%83, 2019-03-22 

　　3.  玻璃[EB/OL]. https://baike.baidu.com/item/%E7%8E%BB%E7%92%83/287?fr=aladdin, 2018-09-17 

　　4. 圖片：玻璃出現(xiàn)發(fā)霉問題，應(yīng)該怎么辦？https://www.sohu.com/a/225460590_100076051, 2018-03-13 

　　5.  Uhlig, H. H., 尤利格腐蝕手冊[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社: 北京, 2005:305-306 

　　6.   玻璃出現(xiàn)彩虹斑的原因和解決方法[EB/OL]. https://www.glass.com.cn/glassnews/newsinfo_206824.html. 2018-04-13 

　　7.   蝕刻玻璃[EB/OL]. https://baike.baidu.com/item/%E8%9A%80%E5%88%BB%E7%8E%BB%E7%92%83.2018-04-18 

　　8.   圖片：氫氟酸刻蝕玻璃, https://www.glass.com.cn/glassnews/newsinfo_229362.html. 2019-03-12 

玻璃上擦不掉的臟東西究竟是什么？

圖文簡介

摘要：在大家的認知中，可能覺得生活中的玻璃是一種很穩(wěn)定的物質(zhì)，不容易發(fā)生腐蝕。但是，如果仔細觀察臥室的鏡子或者是窗戶上的玻璃，就會發(fā)現(xiàn)，隨著使用時間延長，玻璃表面會出現(xiàn)白霧、白點，即便噴水擦拭后也無法除去，這些白霧、白點并不是灰塵，而是玻璃發(fā)生腐蝕后的產(chǎn)物，也有人用“玻璃風(fēng)化”、“玻璃發(fā)霉”來形容這種腐蝕現(xiàn)象。