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玻璃最美妙的特性是透明,不生銹、抗腐蝕,這些優點懸其他材料,如各種優良的金屬、磚石及木材等望塵莫及的。從埃及古墓中發掘出來的玻璃項珠,在地下埋了四千多年,至今仍然象當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),它十分堅硬,此外,它具有透明的特性,它被廣泛用作窗玻璃、光學儀器玻璃,以及各種化學和生活容器。人們在化學上的各種實驗,總希望能直接看到容器內的化學反應,這只有玻璃才能勝任,因為它透明,而且還能抗各種化學物質的腐蝕。一般的金屬遇到酸就要發生化學反應,連最穩定的"金屬之王"的金子,在遇到由硝酸和鹽酸混合成的"王水"時,也被馴服而溶解了。唯獨玻璃不怕鹽酸、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。因此玻璃成了化學家的寵兒,甚至成了化學家的"玻璃試管專家"。
玻璃雖易碎,但卻很硬,它受承受的壓力遠遠超過了生鐵。有人做過這樣的實驗;在同樣大小的生鐵塊和玻璃塊上加壓重物。當重量達到一百斤時,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,玻璃塊才破碎。面對這樣堅硬的脾氣,如果我們用普通鋼材做的刀、剪、錐、鋸都不能動他分毫時,只有用高級合金鋼做的刀和金鋼砂輪才能在玻璃上刻劃出痕跡來。
可是玻璃這樣堅硬,我們怎樣才能方便地在上面加工出各種美麗的花紋呢?
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。用氫氟酸等物質對玻璃表面進行腐蝕具有很大的危險性,氫氟酸可以傷及人的皮膚甚至骨頭,且揮發的氣體具有毒性和腐蝕性。
因此,對玻璃進行酸洗必須格外小心,需要有專業的萃取、沖洗設備,包括排除腐蝕性氣體的防護罩、廣口的塑料容器、合適的儲藏空間和工作設備。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要穿上防護服、防護靴并戴上面罩。建議配備堿性中和設備以解決突發事件。
腐蝕的深度和效果取決于酸的強度和溫度、玻璃的品質和浸泡時間。酸洗玻璃需要根據不同的情況調整酸洗的方法。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
許多藝術家用酸腐蝕玻璃器皿的表層或里層,達到理想的效果。產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將玻璃浸入腐蝕溶液中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,但操作時需謹慎。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,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)進行腐蝕。由于氫氟酸為會現石蠟發生化學反應,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:
SiO2+4HFSiF4+2H2O
這個反應促進了煉鐵的順利進行。
用氫氟酸拋光可以節省手工和機器拋光耗費的時間,在現今的工廠中普遍使用,而藝術家也用酸來緩和噴砂后的玻璃表面,產生比噴砂更加細膩、精美的效果。在英國,工業上經常用氫氟酸等強酸對玻璃進行短暫的浸泡,而在歐洲大陸工業上則用稍弱的酸對玻璃進行較長時間的浸泡。在至少40攝氏度的溫度下拋光酸能夠最為有效的發揮作用。
由于氫氟酸會腐蝕玻璃,因此氫氟酸不能儲放在玻璃瓶內,而要放在聚乙烯塑料中,我們在做實驗時,可將它放在銅制的器皿中。因為銅制的器皿經氫氟酸腐蝕后會在表面生成一層氟化鉛PbF2,保護鉛不再被腐蝕。我們要注意,氫氟酸有毒,實驗一定要有通風的條件。
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