误解:玻璃是液体吗?

本周Kat Arney一直在反思玻璃是液体的说法……

凯特-如果你有幸参观欧洲众多宏伟的中世纪大教堂之一，请仔细观察窗户。你会注意到一些古代玻璃的窗格底部比顶部更厚，就像玻璃在框架中慢慢地向下融化一样。导游和老师都会解释说，发生这种情况的原因是因为玻璃实际上是液体而不是固体，尽管它的移动速度非常慢。

从表面上看，这种解释很有道理。许多物质可以以不同的状态存在:想想水，它在0摄氏度以下是固体，在100摄氏度以下是液体，然后随着温度的进一步升高而变成气体。玻璃主要是由二氧化硅制成的——化学家称之为二氧化硅，或者我们大多数人所知道的沙子。与某些其他化学物质一起加热到令人印象深刻的1700度，它就变成了熔融的液态玻璃。在这种状态下，它可以被倒入模具中定型——这就是瓶子和玻璃杯的制作方法——或者漂浮在熔化锡的大桶上，制成完美的平板玻璃。

当熔融的玻璃稍微冷却下来时，它就可以被小心地操作，就像过热的橡皮泥一样——你可能已经看到过传统的玻璃吹制工的镜头，他们吹下长长的管子，把热的、像太妃糖一样的材料扭曲成各种美丽实用的形状。

基于此，我们似乎有理由认为，我们窗框里的东西可能不像看起来那么坚固。事实上，当科学家们仔细观察玻璃中二氧化硅分子的组织结构时，它们看起来混乱无序——类似于水等液体中的分子——而不是金属等其他固体中有序的晶体结构。这种不规则的组织被称为“无定形固体”，在其他快速冷却成固体的液体中也可以看到，比如当非常热的水快速冷却时形成的某些类型的冰——你几乎可以把它想象成“固体液体”。

那么，那些中世纪窗户上的玻璃真的在移动吗?2013年4月，德克萨斯州的研究人员发表了一篇研究论文，几乎打破了这个神话。通过研究一块2000万年前的琥珀(也是玻璃的一种形式)，并将其置于温度的变化中，他们发现，如果琥珀具有某种液体性质，那么它内部的分子并没有按照预期的方式进行自我重组。

然后在2015年初，由布里斯托尔大学的科学家领导的一个团队使用计算机模拟对玻璃进行了更仔细的研究，计算了玻璃中分子可能相互作用的所有不同方式，看看哪种结果最能反映现实。他们发现，随着时间的推移，玻璃中的二氧化硅分子与它们的邻居一起沉淀下来，在数千年和数百万年的时间里形成了更有组织的局部结构。这和说无序结构是液体是不一样的，只是玻璃中分子的组织似乎在(很长)时间内变得更有规则。

这仍然留下了一个问题，为什么那些中世纪窗户的底部比顶部厚。但这里也没有什么神秘可言。这很容易用它们的制作方式来解释:在过去，玻璃吹制工会把一团熔化的玻璃旋转成一个圆盘，然后把它切成窗格。这个过程意味着一些边缘可能会比其他边缘更厚，当钳工把它们放入框架时，为了稳定和安全起见，他们倾向于把它们放在较重的一面下。

所以你知道了——玻璃是固体，尽管它是无组织的。这很幸运，因为我杯子里唯一想要的液体就是葡萄酒。