玻璃时代来了
教授研究化学与玻璃的融合
玻璃器皿是化学进步的核心，正如化学是玻璃发展的核心一样。今年秋天，COCC化学副教授Zelda Ziegler博士从两个季度的休假中回来，更好地了解这两个重要领域是如何共同进步的。这个假期让她有时间参观一些玻璃进步和实践的里程碑，包括意大利的威尼斯和佛罗伦萨，宾夕法尼亚州的费城和纽约的康宁。以下是她在这些地方的所见所闻，以及她自己在COCC的一些研究结果。
35个世纪以来，人类已经知道并生产了某种形式的玻璃。玻璃珠、小瓶和釉料使玻璃技术得以延续，直到意大利威尼斯将玻璃制造商隔离在威尼斯泻湖的穆拉诺岛上。在那里，玻璃制造商和玻璃工人的紧密联系帮助玻璃技术发展到一定程度，威尼斯在玻璃市场上统治了几个世纪。正是在穆拉诺，从化学中借来的方法使得控制玻璃的颜色和清晰度成为可能。这导致了无色玻璃的第一个配方，大约在公元1450年。事实证明，这个配方依赖于一些典型的氧化/还原化学。访问穆拉诺是一个绝佳的机会，可以在那里仍然存在的历史玻璃工厂中观察到高水平的玻璃制造技术。慕拉诺玻璃博物馆精彩地展示了威尼斯人统治世界玻璃市场时期玻璃的进步。
随着玻璃工艺从威尼斯传播开来，玻璃制造商被迫为科学服务。佛罗伦萨的伽利略博物馆收藏了大量早期温度计。由于水是工作流体，这些早期的科学仪器几乎有一米高。温度计灯泡一端的华丽装饰并没有什么实用价值，但很可能是一位玻璃吹制工的作品，他最近受雇于为权贵阶层的餐桌制作装饰物品。解决高度不高问题的一个办法是在后来的温度计中使用螺旋缠绕的玻璃柱。从那个时期的酒杯来看，酒杯的柄和脚显然很熟悉。佛罗伦萨的科学仪器博物馆(Fondazione Scienza e Tecnica)展出了许多其他重要的科学玻璃器皿里程碑。
慕拉诺岛镶嵌:马赛克用玻璃瓷砖至今仍在生产
螺旋玻璃管温度计:这是一种缩短水柱温度计的方法。玻璃螺旋出现在其他类型的实验室设备上。
一种可靠的无色玻璃配方导致了许多学科的技术发展。将玻璃磨成镜片的能力带来了拓展人类视觉极限的新方法。透镜被用于望远镜、显微镜和眼镜。每一项发明都对社会和科学产生了下游影响。
在早期使用显微技术的时候，可用的无色玻璃造成了一个叫做色差的问题。在康宁玻璃博物馆的显微镜历史展览中，展示了一些早期的显微镜模型，以及通过它们可以看到的一些图像。这为显微镜对医学和公共卫生的影响提供了一个明确的案例，并支持了对更好的玻璃配方的紧急呼吁。
为了响应这一号召，德国人奥托·肖特(Otto Schott)在1875年对玻璃的100多种化学配方进行了艰苦的系统研究。这种努力为显微镜提供了更好的玻璃，但更重要的是，从化学家的角度来看，它提供了一种更耐用的玻璃，适合在化学实验室使用。早期类型的玻璃被制成透明和惰性玻璃器皿，这使得分离和浓缩矿物酸，发现新元素和生产以前从未制造过的化合物成为可能。但是这种早期玻璃器皿的脆弱性使得使用它成为一个危险而昂贵的提议。肖特的新型耐用玻璃“杜兰”(Duran)解决了实验室玻璃器皿极度脆弱的问题。杜兰的配方受专利保护。
第一次世界大战前，美国政府宣布杜兰玻璃为战略材料，并呼吁在国内寻找可接受的替代品。铁路开关灯必须有一个在恶劣天气下不会破裂的透明罩。位于纽约康宁的康宁玻璃厂提出了他们自己的一种同样耐用的玻璃配方来满足这一需求。1915年，这种玻璃被称为耐热玻璃。
肖特和后来的康宁在这些玻璃配方中加入的大多数化合物都包括元素周期表中化学教师很少谈及的类金属元素。最值得注意的是，硼化合物被添加到更耐用的玻璃配方中。这种配方被称为硼硅酸盐玻璃。这些类型的玻璃仍然是化学实验室的宠儿。
硼硅玻璃管可以用台式燃烧器制成玻璃装置。许多化学家(包括齐格勒博士)学习如何制作玻璃仪器作为他们化学训练的一部分。有了这项技能，化学家就有可能想象出设备，制造它，然后测试它。许多标准的化学玻璃器皿套件的设计来自于化学家设计和制造他们自己的设备。好的设计得以保存并激励了其他人。
为了展示一些硼硅酸盐玻璃器皿的魅力，齐格勒博士使用了一台从COCC的汽车项目借来的热成像摄像机。这张假彩色图像显示，在这个索氏提取器顶部小于5毫米的玻璃中有50摄氏度的温差。硼硅玻璃可以承受如此大的温差，而不会在接缝处破裂或造成泄漏，而这种情况在较低配方的玻璃中很可能发生。
提取周期:图像的颜色与玻璃装置的不同温度相对应。
提取周期:这张照片展示了抽取过程中学生们所看到的景象。
Liegbig的Kaliapparatus使学生能够快速轻松地确定化合物的碳含量。这是他的药学教学实验室里最著名的设备之一。
在费城，化学遗产博物馆展出了一件设备的例子，这件设备对化学学科非常重要，它在美国化学学会的标志中也有体现。卡利仪是由贾斯特斯·冯·李比希发明的，供他的药剂学学生用来测定化合物的元素组成。李比希用Kaliapparat和其他玻璃器皿教授药学学生的事实改变了化学家、药剂师和医疗专业人员的教学方式。
由于休假时间充裕，齐格勒博士得以参加了一个关于康宁大猩猩玻璃(Corning’s Gorilla Glass)理论和材料科学的网络研讨会，这种玻璃用于智能手机面板。康宁继续在玻璃领域进行研究和开发。康宁本月宣布推出大猩猩玻璃5。玻璃研发中的其他新技术正在为太阳能电池板技术做出贡献。玻璃无处不在，仍然与我们的生活息息相关。我们还在玻璃时代。