玻璃（Glass）（四）

玻璃（Glass）（四）
臺北市立第一女子高級中學化學科何鎮揚老師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

彩色玻璃
彩色玻璃往往是通過添加著色劑實現的，玻璃中的著色劑能對投射到玻璃上的白光進行選擇性的吸收，從而改變了透過玻璃光線的光譜組成，使玻璃顯示出各種顏色。在光學、光化學上，還可利用具有截止波長（cut-off wavelength）的有色或近似無色玻璃來濾除某些不需要波段的光，如紫外光濾光片等。顯色的強弱與著色劑的種類及數量有關，也與工藝制度有關，根據著色劑在玻璃中的狀態，可把著色劑分為離子著色劑和膠體著色劑兩類。部分著色劑與對應玻璃的顏色關系如下表所示。離子著色劑主要包括一些有色金屬氧化物和鹽。 

 
鐵化合物：常用原料有紅粉（Fe2O3）以及硫酸工業的副產品Fe2（SO4）3，還有赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦等天然礦物。鐵在玻璃中可以不同價態存在，當Fe2+、Fe3+同時存在時，因Fe2+/Fe3+比例不同而使玻璃呈藍綠到黃綠的不同顏色。

化合物：著色能力強，性能穩定，其著色不受熔制條件的影響，氧化鈷的引入量為玻璃量的0.001 %～0.01 %。當玻璃中含有萬分之二的鈷化合物時，玻璃呈深藍色。常用的鈷化合物有綠色的氧化亞鈷，黑色的氧化鈷和灰色的四氧化三鈷，以及碳酸鈷、硝酸鈷等。用氧化鈷著色時，在配合料中同時引入適量的氧化硼、氧化鉀、氧化鉛時，玻璃呈色更純正。

鎳化合物：常用的化合物有灰綠色氧化亞鎳（NiO）、黑色三氧化二鎳（Ni2O3）、綠色的氫氧化鎳[Ni(OH)2“>。NiO的引入量為玻璃量的0.003 % ~ 0.03 %。鎳化合物使玻璃呈棕色至紫色，因玻璃組成變化而不同。

銅化合物：常用原料有紅色結晶粉末氧化亞銅（Cu2O）、黑色粉末氧化銅（CuO）和藍綠色晶體的硫酸銅（CuSO4）。銅在玻璃中因含量和價態不同而使玻璃呈現從藍到綠的不同顏色。CuO的引入量為玻璃量的1 % ~ 2 %。

錳化合物：常用的原料有氧化錳（Mn2O3）、軟錳礦（MnO2）和高錳酸鉀（KMnO4）。Mn4+使玻璃著成紫色，用量過多時呈黑色，以Mn2+存在時，玻璃呈淡灰色，用二氧化錳和氧化鐵可使玻璃著成深紅褐色。

鉻化合物：常用的化合物有鉀或鈉的重鉻酸鹽或鉻酸鹽，而很少用氧化鉻。Cr3+著色能力極強，含量為玻璃的千分之一時，玻璃呈嫩綠色。

鈾化合物：常用的化合物有氧化亞鈾（UO2）、三氧化鈾（UO3）和鈾酸鈉（Na2U2O5‧3H2O），均為棕黃色粉末。UO3引入量為配合料的0.5 % ~ 2 %，U6+使玻璃呈熒光黃綠色。

主要的膠體著色劑有金、銀、銅、鎘、硒、碲等的化合物。膠體著色對熔制條件要求較嚴，玻璃一般都須經過熱處理才能呈色。膠體著色劑具有以下幾種：
金的化合物：常用的原料為三氯化金（AuCl3）和硝酸金[Au(NO3)3“>。金的引入量一般為玻璃量的0.00l % ~ 0.1 %。膠體金使玻璃著成強紫紅色，為使呈色穩定，應在配合料中引入0.5 % ~ 2.5 %的二氧化錫。

銀的化合物：常用的原料有AgNO3、Ag2CO3、AgCl、Ag2O。銀的加入量為玻璃量的0.05 % ~ 0.25 %，膠體銀使玻璃呈金黃色。

銅的化合物：常用的原料有氧化亞銅和硫酸銅，氧化亞銅的引入量為玻璃量的0.05 % ~ 0.25 %，膠體銅使玻璃著成紅色。

硒的化合物：常用的原料有金屬硒粉（高溫型紅色粉末或低溫型黑色粉末）和白色的硒酸鈉（Na2SeO3）粉。硒便玻璃著成玫瑰色至黃紅色。熔製時，溫度不能太高，氧化氣氛不能太強，否則會造成硒的揮發與氧化。硒酸鈉易溶於水，易潮解，有毒性，觸及皮膚能引起灼傷，注意乾燥保存，安全使用。

鎘的化合物：常用的原料有硫化鎘（CdS）和氧化鎘（CdO），硫化鎘使玻璃呈黃色（金絲雀色）。在熔製時，會發生下列反應：
2 CdS + 3 O2 → 2 CdO + 2 SO2

此外，還有很多功能性玻璃，如防輻射玻璃吸收有害射線、光色玻璃遇強光變色、鐳射玻璃、聲光玻璃、磁光玻璃等。玻璃的許多功能是通過去除或添加元素來實現的。看起來耀眼的水晶玻璃（1ead glass）是在玻璃中添加了鉛，使折射率增加；普通玻璃中加入硼化合物，得到派瑞克斯（Pyrex）玻璃，改變玻璃的導熱性；加入鋇元素，亦可提高折射率；加入釷的氧化物可大幅增加折射率，用以製造光學鏡頭；加入鐵元素的玻璃對吸收紅外光非常有效；加入鈰元素能增強玻璃對紫外線吸收，電影放映機中就使用該種玻璃來隔熱。總之，玻璃的種類非常之多，應用範圍也非常廣泛。