第6章 知识点

（本章有大量专业知识点，开卷有益。）

第二天，天刚蒙蒙亮，向道就爬起来了。

他打算去找乔致庸，趁现在外面人少，赶快去买东西。

门打开，冷不丁看到有一个人在门口坐着，正是乔致庸。

听到开门声，乔致庸忙站起来，声音沙哑道：“向先生，我睡不着，就来这守着了。现在能去买材料吗？”

向道有些哭笑不得，点头道：“可以。”

“那我去叫人。”

乔致庸快步走向斜对面，照着长栓的门就猛拍：“长栓，长栓，快起来！”

“二爷，这天都没亮呢，啥事啊？”长栓眯缝着眼打开了门。

“去买几样东西，我说，你仔细记着！”

乔致庸凑到他耳边，低声交代了一遍，说完了，又问道：“记住了吗？”

长栓挠挠头，傻笑道：“没记全。”

“那我再说一遍！”

乔致庸一连说了三遍，长栓才总算记住了。

乔致庸塞给他几块银子，催促他快去。

长栓揣着银子就要出门，突然看到向道，遂招呼道：“你也起来了！正好，跟我去一趟县城，帮我拿东西。”

“长栓！”身后的乔致庸吼道。“怎么跟向先生说话的？以后对他，必须像对我那么敬重，懂吗？”

“啊？”长栓看看乔致庸，又看看笑而不语的向道，有些懵。

不过没等他弄清楚怎么回事，屁股就被乔致庸踢了一脚，赶紧一路小跑着出了门。

乔致庸又喊起来俩人，分别去找干净的沙子，以及附近十里八乡最好的泥瓦匠。

一直等到上午过半，派出去的三人总算回来了。

乔家大院西南角，一个无人居住的院子里，向道正在指导泥瓦匠修炉子，乔致庸也在，在旁边打下手。

向道没见过烧玻璃的炉子，连炼钢炉也没见过，更没图纸，仅仅听说过一些原理，具体结构只能自己推测。

首先，炉子的设计核心几乎都是围绕温度来的。内层温度最高，所以得用耐高温的材料，最好的当然是耐火砖，但这玩意烧起来太麻烦，向道最后选择用青砖做支撑，铁板做内衬。

其次，为了减少热量损失，炉子应该有顶，以向下反射热辐射，烟道则设在侧方。

最后，向道听说过把吹入的空气预加热能提高炉温，办法是把进气道贴着炉子内壁设置，用废热加热进气道，但这样太麻烦，他干脆把进气道延长，然后在进气道上边再建一个加热炉。

结构讲清楚了，请来的泥瓦匠干活倒是麻利，不到一个小时就修好了。内外总共三层，依次是：钢板，青砖，掺了秸秆的泥巴保温层。

做完这些，向道又让他额外修了一个小灶。

干完活，乔致庸大方的给泥瓦匠包了个红包，把人送走了。

现在，院子里就他们两人，向道已经开始处理材料，乔致庸犹豫片刻，还是开口道：“向先生，你忙着，我去外面守着吧？”

向道抬头看了他一眼，摇头道：“不用，我信得过你。”

乔致庸愣了愣，显然没想到向道会这么信任他，一时间还有点……莫名感动呢。

向道没空理会别的，他正在处理沙子。

沙子是从河边挖来的，特意挑的干净河滩，但还是有些杂质。

杂质包括泥土，铁屑，贝壳碎片等有机质，还有各种溶于水不溶于水的东西。

农村玩过磁铁的都知道，沙子里是有铁屑的，这东西对玻璃来说是杂质。

向道先把沙子在青石板上摊开，用磁石在沙子里来回搅动，果然吸了不少铁屑。

接着开始水洗，把沙子倒回水桶，加水搅拌，其中的泥土，密度小的颗粒，以及溶于水的杂质就都悬浮起来，二氧化硅沙粒则沉底。

把水倒掉，这样反复淘洗多次，沙子就变成了暗白色，只偶尔能看到一些红棕色跟绿色沙粒，这是含铁元素跟氯酸盐的表现。

这些杂质太细，不可能全部去除，只能用化学方法消除影响了。

处理完沙子，向道的目光落在几个大纸包上，上边都写着名称，分别是：砒霜（三氧化二砷），石碱（碳酸钠），硝石（硝酸钾），硫磺（硫）。

在这之前，他根据材料的化学性质，已经确定了烧制中可能存在的三个问题，即：熔点，气体，着色杂质。

一、熔点。二氧化硅的熔点超过1700度，比钢铁还高，炉温很可能达不到熔点。

二、气体。二氧化硅在高温下本身不产生气体，但别忘了里边还有杂质，不管是铁氧化物还是氯酸盐，高温下都会反应产生气体，很少，但依然会产生小气泡，而且因为太小很难排出（小气泡浮力小）。

三、着色物质。杂质有颜色，想获得透明玻璃，就必须想办法脱色。

……

针对这三个问题，向道做了对应的解决策略。

①熔点。提高炉温难度太大，他干脆换了个方向，选择降低材料熔点。

②气体。向道知道工业生产中会用到澄清剂消除气泡，其原理是增大气泡中的分压，从而使气泡变大并在浮力作用下排出。

（这里的“分压”指在给定温度及体积下，仅一种气体单独存在并充满气泡时，该气体所展现的压强。混合理想气体的总压强等于各组分的分压之和。）

③着色问题，他选择用强氧化剂来脱色。

……

详细方案如下：

降熔点：

加入石碱（碳酸钠）。其在高温下生成氧化钠，又跟二氧化硅反应生成低熔点共晶体硅酸钠Na₂O·nSiO₂（熔点一千度出头）。

此外，氧化钠还会破坏二氧化硅的硅氧四面体结构，原理是：一个Na₂O单位和一个Si-O-Si混合得到两个Si-O⁻Na⁺，会提前打断硅氧共价键，形成端基，这种结构改变能有效降低其熔点。

最后，氧化钠是碱性氧化物，还能防止杂质生成不溶于玻璃熔液的氧化物，提高流动性。

除气泡：

加入砒霜（三氧化二砷）跟硝酸钠。铁氧化物跟氯酸盐在高温下生成的气体都是氧气，而砒霜（三氧化二砷）跟硝酸钠生成五氧化二砷，接着在高温下迅速分解产生大量氧气，从而降低氧气分压，增大气泡，在浮力下上升消除。

脱色：

硝酸钠在高温下有强氧化性，脱色原理是：其在氧化还原反应过程中夺取有色物质分子中的电子，破坏其原有的发色基团或结构，使其失去吸收特定波长光线的能力，从而达到脱色效果。它甚至能直接与色素分子发生化学反应，改变其分子结构，使其失去颜色。

……

总的来说，向道其实只需要三种添加物：砒霜，石碱，硝酸钠。

前两个好说，即使在古代也是常见的东西，唯独硝酸钠，这玩意儿得通过化学反应生成。

幸好所需材料容易获得，要用到硫磺跟硝石，化学反应过程如下：

S + O₂= SO₂（高温）

SO₂+ H₂O⇌ H₂SO₃

2H₂SO₃+ O₂= 2H₂SO₄

H₂SO₄（浓）+ 2KNO₃= K₂SO₄+ 2HNO₃（加热）

Na₂CO₃+ 2HNO₃= 2NaNO₃+ H₂O + CO₂↑

想制取硝酸钠，核心是制硫酸，向道已经提前制作好了工具，操作如下：

把硫磺倒入一个窄口陶罐，胶泥封口，另一个窄口陶罐装水，胶泥封口，空心竹竿（劈开去除结节再捆上）插入连接两个陶罐，这就成了一个简易的气体收集引导装置。

把小灶的火生起来，再把装硫磺的罐子架上去加热，硫磺会在高温下燃烧。

大概半个小时后，燃烧完成，打开泥封，装硫磺的罐子里就只剩下了一层红棕色杂质。

向道又拿起另一端装水的陶罐，反复摇晃几分钟，打开封口，里面的液体清澈如旧。

这就是亚硫酸溶液了，现在需要等它跟氧气反应生成硫酸。这个过程很慢，但向道也没更好的办法，手里啥都没有，他得自己一点一点的把科技树给建立起来。

……

Ps：从这个过程也能看出来，无色透明玻璃的烧制难度极大，看起来只是几样简单配料，背后的原理极其复杂。

但更重要的是，还要控制好各部分配料的比例（这个最难），一旦配料多了或者少了，导致反应不完全就成杂质了。

而比例是要计算的，这就必须对材料微观结构有充分认知，基础前提是元素跟化合物理论的出现。