五颜六色的玻璃

玻璃是一种硅酸盐类的无机非金属材料，其主要成分是二氧化硅，在建筑安装领域中的应用最为广泛。我们日常生活中经常看到的玻璃都是无色透明的，还有很多彩色的玻璃，这些在大家眼中可能已经习以为常了，可是一般的玻璃为什么是透明的？五颜六色的玻璃又是如何产生的呢？

说到透明的概念，我们知道，大多数液体和气体都是透明的，这主要是因为构成气体和液体的分子是呈随机状态排列的，部分光波就可以从缝隙或孔洞中穿过，没有反射和折射，而固体物质，分子之间的排列通常都整齐有序，彼此的联结也十分牢固，光线不能全部通过，会被反射、散射或吸收，即不透明。因此，物质中的分子排列越是无序，光线就越容易穿过。从另一个方面来说，组成任何物质的分子都是由许多原子结合在一起而构成的，这些原子通常带有很多电子。当光子与这些电子发生作用时，可能会发生以下四种情况：第一，电子吸收光子的能量并将其转化为其他形式，如热能；第二，电子吸收并保存光子的能量，从而引起发光现象，储能时间较短时称为荧光，储能时间较长时称为磷光；第三，电子吸收光子的能量并将其沿入射方向反射回去；第四，电子不吸收光子的能量时，光子继续沿其路径传播，即光线透过。绝大多数情况下，以上四种情况在光线照射物体时会同时发生。不同种材料中的电子吸收能量的范围不同。例如，许多玻璃都可阻挡紫外线。这是因为，玻璃中的电子吸收了紫外线中光子的能量，但并未吸收可见光中较弱的光子能量。如果电子吸收了可见光中的任何一部分能量，那么透过的光都会带有颜色，具体取决于吸收的是哪一种光。事实上，任何物体的颜色都是由该物质中电子所吸收的光子的能级决定的。那么，接下来的问题就是，五颜六色的玻璃是如何制造出来的呢？

图1 固体，液体和气体的分子排列方式

普通的玻璃是用石英砂、纯碱和石灰石一起熔炼而成的。最常用的生产工艺高温冷却法，即对原料进行高温加热，直至其融化为液态，然后再冷却，而用作冷却剂的材料可使分子的排列像液体一样呈无序状态，其所含电子不吸收可见光的光子能量。这就是为什么同样是固体，但玻璃透明而木头、金属和石头等都不透明的道理。由于玻璃是一种组成不固定的硅酸盐的混和物，早期人们制造出来的玻璃是一些透明度差，带有一些颜色的小玻璃片。它的颜色并不是人们有意识地加进去的，而是所用的原料不纯，混进了杂质的结果。后来经过人们研究发现，如果在普通玻璃的配料中加入一定量的着色剂，就能使玻璃带上了颜色。例如加入氧化铬，玻璃现绿色；加入二氧化锰，玻璃呈紫色；加人氧化钴，玻璃呈蓝色。如果加入稀土元素，如氧化钕还可以使玻璃在日光下呈现紫红色，在荧光下呈现蓝紫色，十分美丽。另外，人们还通过熔炼工艺来改变玻璃的颜色，主要是通过温度及炉焰的性质来调节元素的化合价，使玻璃呈现不同的颜色。例如玻璃中的铜，如果以高价的氧化铜存在时玻璃显现蓝绿色；以低价的氧化亚铜存在时，玻璃呈红色。

与普通颜料染色相比，通过在玻璃中加入着色剂改变玻璃颜色的方法，能使着色剂与玻璃熔为一体，从而让玻璃经得起风吹日晒而不退色。随着科技的日益发展，颜色玻璃的品种将会越来越丰富多彩，我们的生活也会因为它的点缀和装饰而变得多彩多姿。

图2 掺有不同着色剂的彩色玻璃