普通玻璃的化学成分(有机玻璃的化学成分)

玻璃和水晶的价格是一个商业问题，一个哲学问题，也是一个科学问题。归根结底，还是一个科学问题。

所以今天我们就从科学的角度来分析水晶比玻璃贵在哪里。

灰姑娘为什么穿的是水晶鞋而不是玻璃鞋？为什么灰姑娘穿水晶鞋不穿玻璃鞋？

前几天我在《同样是固体，为什么玻璃透光而铝不透光？文章简单提到了水晶和玻璃的区别，引发了很多朋友的大讨论。争论的焦点是同样的主要成分是二氧化硅，为什么水晶是水晶而玻璃不是。

“基因”原因

虽然主要成分是二氧化硅，但是水晶的基因比玻璃好很多。

Crystal完美继承了二氧化硅(SiO)的晶体结构。二氧化硅晶体是由一个Si和两个O组成的三维空网络结构，其中没有单个SiO分子。这个结构相当于四面体顶角的四个O，四面体的中心是一个Si；同时每四个O近似共价键合在Si上，满足Si的价层。如果每个O都是两个多面体的一部分，那么O的化合价也满足。

由于二氧化硅的相邻原子仅通过强共价键相互键合，在空之间形成网络结构，所以是原子晶体。晶体中原子之间的共价键非常强，要打破这些键并熔化晶体需要很大的能量，所以原子晶体一般熔点、沸点和硬度都很高。我们前面说过，二氧化硅的晶体结构中没有单个的SiO₂分子，它的整个晶体被视为一个大分子，所以二氧化硅晶体具有与金刚石相似的物理性质。

水晶是完美的二氧化硅晶体。好的晶体具有类似钻石的物理特性:硬度、耐磨性、耐热性。

另一方面，玻璃则不同。虽然我们看到的大部分玻璃的主要成分也是二氧化硅，但是为了降低成本，方便加工，满足各种应用需求，工厂会在其中加入各种其他物质。

例如，钠钙玻璃，除了SiO₂，还包括诸如Na2SiO3、CaSiO3或Na₂O曹6SiO₂.的物质这种玻璃价格便宜，容易成型，适合批量生产。我们日常看到的窗玻璃、水杯、瓶瓶罐罐，90%左右都属于这种，也叫普通玻璃。

对于一些需要耐高温的场合，以B2O3为主要原料的硼硅酸盐玻璃和以SiO₂₂、Al2O3为主要原料的铝硅酸盐玻璃可以满足相应的要求。

由于大多数玻璃的化学成分非常复杂，而由这些化学成分组成的硅酸盐复盐是无定形的，结构不规则，通常不具备晶体的晶体结构和物理特性。

“出生”原因

你可能已经注意到，有一种“应时玻璃”，它是由高纯度的二氧化硅熔化而成，不像其他玻璃添加了其他化学物质。为什么我们叫它玻璃而不是水晶？

这是因为尽管应时玻璃是由高纯度的二氧化硅组成的，但它的原子并不像晶体一样形成晶体结构。与水晶不同，应时玻璃是一种无定形的“玻璃态”。

晶体的晶体结构是由其生长过程决定的。

在自然界中，除了随处可见的硅砂，还有一种自然生长的应时水晶。应时晶体的生长需要满足恶劣的自然条件和漫长的岁月沉淀:在温度高达550-600℃，压力为2 -3倍大气压的地下洞穴中，缓慢流动的地下水中含有饱和二氧化硅。当一些细小的二氧化硅晶体“成核”析出时，高温液体中的游离二氧化硅分子会慢慢地一层一层地堆积在其晶核上，这种堆积遵循“立方晶系”的自然规律。因为年代久远，又因为堆积过程中经常混入气泡、裂纹或其他化学物质，所以外观完美的水晶晶体很少，这也是石水晶珍贵的原因之一。

聪明的人类在了解了晶体生成的原理后，开始人工制造晶体。他们根据晶体的自然生长条件，用高温高压反应釜人为制造相同的生长环境，然后注入饱和的高温二氧化硅溶液，使二氧化硅在预先设定的晶核上慢慢堆积。在人工条件下，由于溶液的饱和度和各种条件能够持续满足要求，晶体的生长速度可以达到每天0.8毫米，通常只需要半年时间就可以“堆叠”出一个100毫米的水晶球毛坯。即使人造水晶的生产速度比天然水晶快一百万倍，质量也好很多，但相比玻璃的生产，各方面的成本都要高很多。

除了在溶液中缓慢生长，是否可以更快的生产出真正的单晶？可惜我不能。

即使用高纯度的石英砂做原料，我们也只能冶炼出100%的应时玻璃，而不是水晶。应时玻璃通常是通过将应时材料或晶体废料加热至熔化温度，然后快速冷却至玻璃的固相而制成的。由于这样得到的石英微结构是由SiO₂四面体结构单元组成的纯非晶网络，而Si-O的化学键能很大，结构非常紧密，因此石英玻璃具有接近晶体物理性质的独特性质。如其硬度可达莫氏7，耐高温1400℃，膨胀系数低，抗热震性、化学稳定性和电绝缘性好，能透射紫外线和红外线。但从本质上讲，应时玻璃属于玻璃态，它不是水晶。

各有所长

完美水晶作为一种天然宝石，比较稀缺，所以更多的是被人们用来收藏或者制作各种昂贵的装饰品。相比之下，玻璃在经济和科学领域的应用非常广泛，这也是玻璃在我们生活中无处不在的原因之一。

普通玻璃可以用来做门窗、锅、碗、瓶、罐。经过特殊处理，还可以用来制作各种车辆的玻璃窗。铝硅酸盐玻璃可用于制作灯泡、耐高温温度计和化学试管；硅酸铅玻璃可以阻挡X射线和γ射线；应时玻璃、高硅氧玻璃和硼硅酸盐玻璃可用作光学材料、光纤，甚至用作航天器的窗户。这些都是昂贵的水晶做不到的。

国际空站上一个用于地球观测的大玻璃窗，之前经受住了太多空垃圾的冲击。虽然它被撞出了一个小坑，但这个由熔融应时/硼硅酸盐玻璃制成的直径80厘米的圆顶玻璃确保了空站的安全。也证明了玻璃并不总是廉价易碎的。