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硅、玻璃和人

发布时间:2009-08-27

  ——从京剧《海港》引起的科学官司说起

  文革时期,现代京剧《海港》作为样板戏曾风靡一时,那时曾有一场鲜为人知的科学“官司”。 《海港》中的调度员钱守维故意把玻璃纤维混入出口稻种,因而被定为“阶级敌人的破坏活动”,其依据是“玻璃纤维沾在肠上有生命危险”。事实上,玻璃纤维经检查对人体健康是无害的,于是玻璃纤维生产行业曾多次对此提出异议。有一次,王洪文、姚文元到耀华玻璃厂参观,有人当面向他们提出这个问题,他们只是支支吾吾。工人开玩笑说:“如果玻璃纤维有毒,就应该给大家营养补贴;如果玻璃纤维无毒,那以此判为阶级敌人的钱守维就可以翻案了”。当时,样板戏即使错了也不能改,自然不了了之。但是,此事“余毒”未清,至今还令人对玻璃纤维制品畏惧三分,以致影响了玻璃纤维生产的发展。有关专家坦言:“看来真要为玻璃纤维正名,重新复查钱守维的案子了”。

  玻璃纤维是采用石英砂、石灰石、白云石等配以其他化工原料如纯碱、硼酸等,熔制成玻璃。然后由熔融玻璃拉制或吹制成纤维,直径从数微米到数十微米,可制成长纤维和短纤维,分别称做玻璃丝和玻璃棉,可纺成玻璃纱、织成玻璃布和玻璃带等;它也可与塑料制成玻璃钢,与水泥制成玻璃混凝土等复合制品,广泛用作绝缘材料、吸音材料和建筑材料,在化学工业上可用作过滤材料。

  元素硅是周期表第IV类主族(碳族)元素,比重2.4,熔点1420℃。晶体硅硬而有光泽,具有半导性,硅的化学性质较活泼,高温时能与多种元素化合。它不溶于水、硝酸和盐酸,但溶于氢氟酸和碱液。把多晶硅经区域熔融提纯成单晶硅,用于制大功率晶体管、整流器等。自然界中,硅在地壳中占有一席之地27.6%,占地壳含量第二位(仅次于氧),它主要以二氧化硅和硅酸盐存在。在工业上,可用焦碳在电炉中还原二氧化硅制取纯硅,而无定形硅可用镁还原二氧化硅而制得。

  硅和氯的化合物SiCl4,是一种易挥发(沸点57℃)的白色液体,利用这个特性,在军事上用作烟雾剂,因为它一遇水,便水解成硅酸和氯化氢,产生极浓的白烟。尤其在海战时,水蒸气多,烟雾更浓。其成本要比白磷烟雾剂低得多。人们又制成一系列有机硅化合物,利用它的憎水特性,涂于药瓶内壁,这样,使用后十分洁净,因为内壁不会留有残液。耸立在天安门广场上的人民英雄纪念碑,它表面也涂有一层有机硅膜,对浮雕起到防尘防潮的保护作用。有机硅塑料还具有很好的绝缘性能,如把它用作马达的绝缘材料,则马达的体积与重量均可减少一半,而寿命却能延长8倍。

  硅的氧化物SiO2是硅酸盐玻璃的形成剂,一般玻璃成分中含有60-70%,在玻璃结构中起骨架作用。它亦可单独形成玻璃,即石英玻璃,这种玻璃是所有玻璃中膨胀系数最小的,仅为5.7×10-7/℃,具有很高的耐热急变性。透明石英玻璃在电炉中灼烧15分钟,然后投入冷水中,可经受3-5次循环而不破裂;不透明石英玻璃在800℃下灼烧5分钟,投入20℃水中,可经受5次循环而不破裂。由它制成的石英玻璃仪器的连续使用温度为1000℃,短时间可达1300℃。透明石英玻璃的生产通常采用气炼法,即用气体燃料燃烧的热量,使水晶颗粒在载体上逐层熔化,不断扩大,制成透明石英玻璃。北京毛主席纪念堂内的水晶棺就是用这种方法制成的,恰切地说,应该叫做透明石英玻璃棺。

  由于SiO2的溶点高达1713℃,熔炼温度极高,为降低熔体粘度,一般在玻璃中加入改性氧化物,形成多组份硅酸盐玻璃,最常见的是苏打石灰玻璃,其中苏打是指纯碱Na2CO3,石灰是指石灰石CaO,这类玻璃又常称为钠钙玻璃。SiO2的作用是提高玻璃的热稳定性、化学稳定性和机械强度。引入SiO2的原料很多,主要有石英砂、砂岩和石英岩等。当然,长石和粘土中也含相当量(37-67%)的SiO2

  粘土的主要成分是水化硅酸铝,它能和石灰石一起在回转窑内烧成水泥。粘土也被用来烧制砖瓦等建筑材料,质地较好的粘土例如高岭土,则是制造陶瓷的重要原料。玻璃、陶瓷、水泥、人工晶体以及建材等工业,均以硅为“主角”,统称为硅酸盐工业。

  实际上,由于粘土中既含有二氧化硅,还含有氧化铝和一定量的碱金属氧化物,利用它可制成多种类型的玻璃,尤其可用来制取膨胀系数比石英玻璃还低,甚至是负膨胀系数的微晶玻璃。利用这个可贵的特性,人们做成了烹调炊具,例如微波炉内的转盘、电磁炉的面板,以及外观漂亮、清洁容易、经久耐用的微晶玻璃烧锅,这种烧锅的抗热震性堪称一流,由于其清澈透明,还能看出食物在锅内的加热过程。

  管硅不是人体必须的微量元素,但它无毒副作用。用二氧化硅等做成的玻璃纤维对人体也无不良影响。当然,干活时把玻璃纤维混入稻种,这是工作不负责的表现,理应受到严厉的批评和教育,但绝不能看作是阶级敌人抗破坏而狠狠批斗。

  大千世界,无奇不有。世界上有些人还把泥土当作粮食,甚至把吃土当作一种嗜好!在上世纪九十年代中期,美国密西西比州居住着一群专吃泥土的妇女。她们把一种质地细腻的微酸性泥土在锅里加热烘干,然后用水冲调喝下。有的作为母亲的还在奶水中加入少量泥土来喂养婴儿。这些妇女为了让身体感到舒服,每天要进食50克左右的泥土,有的甚至要食用100克。如果隔几天不食上,就会出现像吸毒者想吸毒时那种难受的感觉。在危地马拉的埃斯昆物拉城,信男善妇女喜欢购买一种印有某种宗教符号的泥土片,然后将它吃掉。特别是那些怀了孕的妇女,更是将泥土奉若至宝,认为它有治疗呕吐的作用。

  解放初期,正值笔者儿童时代,在乡下老家读小学时,也盛行一种吃土的歪风:附近农民到选定的池塘边去挖泥土,这种土美其名曰“观音土”,拌在米中烧粥吃,或拌在面粉中做饼吃。

  回过头来向前看:当今世界能源短缺,面临危机之际,把硅作成硅太阳电池,为开发硅的应用打开了无限宽阔的发展前景。一方面,太阳能是一种取之不尽、用之不竭的能源;另一方面,因为太阳能又是一种没有污染的自然能源。预计到本世纪三十年代初,利用硅太阳电池产生的光伏发电有望占全世界发电量的5-15%,也将为作为电池的基板——大面积平板玻璃带来无限的商机。

  

马英仁

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