为什么玻璃在水中才能被剪刀剪碎?

为什么玻璃在水中才能被剪刀剪碎?

　　人类使用玻璃约有九千年历史.大家知道,玻璃很容易破碎.质地易碎,是玻璃的大缺点,但是直到上世纪六十年代才有人去研究玻璃碎裂的机制.例如有人开始报道施水后再施力会使玻璃容易破裂,但是并没有解释其中道理.等到1979年,才有文献开始尝试解读这现象的分子构造原因.　　科学家发现,一块固体材料如果开始裂缝愈少,也愈难使得裂缝扩大.例如高纯度的玻璃纤维,因表面裂缝少,其强度高达常见窗玻璃板的百倍或千倍.一块完美有裂缝瑕疵的玻璃,在真空情况中,可以支持极大的压力,强过一般合金的十倍.但是常见的玻璃制品通常已有一些肉眼看不出的微小裂缝和缺陷,因此稍受力即会扩大,使已有裂缝断裂.窗玻璃在处理过程中造成许多表面缺陷,这就大大减弱了它的强度.　　玻璃可视为由一些四面体基本单位串连而成的网状构造.这网状构造可以藉外力扯破,而外界的水可加速这网状构造的破裂：玻璃放在水中,水分子可以吸附在玻璃裂缝的尖端,进行分解反应,因而加速玻璃裂缝的扩大.　　科学家认为外力做功等于段裂面所增加的表面能量,此一简单概念可成功估计出使固体断裂所需的外力.这也就显示表面化学对物性非常重要.像水可降低玻璃的表面能量,也就降低断裂玻璃所需的功,在有水的环境下,玻璃表面可以和水结合,不再孤单,也就缩小了它和内部玻璃的能量差距.实验结果显示,有水时玻璃断裂所需能量会大大降低.这就是在空气中剪玻璃极易破碎,而在水中剪玻璃却容易得多了的道理.　　玻璃工人在切割玻璃时总结出的经验就是,涂抹口水在切割刀刻划过的玻璃面上,再折断更容易.因为水可以降低所需的外力,也使裂口容易控制.　　值得一提的是,经过特殊处理的玻璃不能剪,而且在水中剪玻璃,效果不如在空气中切割.所以在水中剪玻璃并没有得到广泛的应用.

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