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玻璃上的花紋是怎么產生的?

來源:新華網 作者:楊玉琴 2021年06月21日 10:20

  玻璃是一種較為透明的固體物質,其主要成分是石英石,即二氧化硅。玻璃最美妙的特性是透明性,它被廣泛用作窗玻璃、光學儀器玻璃,以及各種化學容器和生活容器。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。所以人們在玻璃上想要刻出花紋,需要依靠一種會“啃”玻璃的化學物質。

  這種會“啃”玻璃的化學物質就是氫氟酸,它是人們刻蝕玻璃的好幫手。在玻璃制品的表面,先均勻地涂上一層致密的石蠟,然后用工具小心地在蠟層上刻畫圖案或刻度,使要雕刻部分的玻璃露出來。然后把適量的氫氟酸涂在沒有蠟層的表面上,氫氟酸遇上裸露的玻璃,就會把玻璃“啃”去一層。最后去除石蠟,就能在玻璃器皿上雕出各種各樣的花紋了。

  生產雕花玻璃過程所依據的化學原理是:由于Si—F鍵的鍵能大于Si—O鍵的鍵能,因此,氫氟酸中的F與玻璃中的Si能夠形成性能更為穩定的Si—F鍵,迫使SiO2中的Si—O鍵斷裂,生成具有揮發性能的四氟化硅氣體(SiF4),并放出熱量,該反應在常溫下便可進行。其化學反應方程式為:SiO2+4HF=SiF4(氣體)+2H2O。

  那氫氟酸到底是什么呢?氫氟酸是氟化氫氣體的水溶液,為無色透明至淡黃色冒煙液體,具有刺激性氣味。氫氟酸最明顯的特點是腐蝕性非常強,它能和大多數金屬、非金屬發生反應。此外,氫氟酸還對硅的化合物具有強腐蝕性,將氟化氫氣體溶于水得到的氫氟酸溶液可用于雕刻玻璃,因為氫氟酸可以與玻璃的主要成分二氧化硅發生反應,而其他強酸則不能,質量濃度為1.5%的氫氟酸溶液即可腐蝕玻璃以達到雕花的目的。

  氫氟酸在工業中的用途非常廣泛,主要是被用為生產碳-氟工業產品,比如冰箱和空調中所用的制冷氟利昂。因為氫氟酸能溶解氧化物,所以它在鋁和鈾的提純中起著重要作用。氫氟酸也用來清洗鑄件上的殘砂、控制發酵、電拋光和清洗腐蝕半導體硅片。在工業的煉油廠中,氫氟酸是一種催化劑,可以用作催化異丁烷和丁烷的烷基化反應,氫氟酸還可以用作除去不銹鋼表面的含氧雜質,表現在“浸酸”過程中。

  通過上面的講述,大家是不是更了解氫氟酸這一神奇的化學物質呢?

  本文由石家莊市藁城區第九中學高級教師韓素娟進行科學性把關。

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(責編:鄢妮)
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