薛 斌（上海海洋大學(xué)）

　　詩人說“一沙一世界”，佛家說“聚沙成塔”。提到沙子，你一定不會陌生。哪個寶寶不喜歡玩“堆沙堡”的游戲呢？即便已經(jīng)長大成人，也一定向往著“陽光、沙灘、海浪、仙人掌，還有一位老船長”的世界吧。那么，沙子究竟是從哪里來的呢？你想過這個問題嗎？

　　從何而來

　　翻開字典查看，“沙”字的第一個意思是“非常細(xì)碎的石粒”。顯然，沙子是從石頭變的，這一點有點兒像橫空出世的孫悟空。不過，明明是三點水的“沙”，怎么就跟石頭扯上了關(guān)系呢？再仔細(xì)翻看字典，原來，漢語中有“沙/ 砂”兩個字，在表示沙子的時候，“砂”同“沙”，只不過在日常生活中用得較多的是“沙”字。看來，沙子既跟石頭有關(guān)，又跟水有關(guān)。

　　自然生活常識告訴我們，地球這個美麗星球最不缺的就是石頭，通俗地說，地球其實就是一個巨大的石球。石頭給你留下了什么樣的印象呢？第一印象恐怕就是堅硬吧?？此茍圆豢纱莸膸r石，其實也有脆弱的一面。在外力的作用下，石頭也會裂開、破碎，直至粉身碎骨。當(dāng)然，外力并不都是以簡單粗暴的方式強(qiáng)行作用于石頭上，也可能是和風(fēng)細(xì)雨，想想“水滴石穿”這個成語便可明了。只要把時間軸線拉得足夠長，拜大自然的鬼斧神工所賜，風(fēng)吹、水流、日曬等作用方式都可以把石頭像拿刀切水果一樣切碎。這就是所謂的巖石的風(fēng)化、剝蝕現(xiàn)象。經(jīng)過千百萬年的錘煉，地球上的一部分石頭變成了細(xì)碎的顆粒，于是，沙子誕生了。在這個過程中，大到奔騰的江河，小到涓涓細(xì)流，都發(fā)揮了重要的作用，所謂“流水散石，水少沙現(xiàn)”。如此看來，“沙”字從“水”從“少”，也就不難理解了。

　　沙之本質(zhì)

　　沙子的化學(xué)成分又是什么呢？

　　沙子來源于巖石，巖石來源于地殼。地球化學(xué)知識告訴我們，地殼的主要成分是氧（O）、硅（Si）、鋁（Al）、鐵（Fe）；那么，沙子的成分顯而易見—沙子主要是由二氧化硅（SiO2）構(gòu)成的，也就是地殼中排在前兩位的元素氧和硅通過Si-O-Si 化學(xué)鍵形成。

　　當(dāng)然，沙子里也會含有其他化學(xué)物質(zhì)，很多時候， 這些雜質(zhì)決定了沙子的顏色。例如， 我們常見的黃沙中含有水合氧化鐵（Fe2O3·xH2O）， 含有赤鐵礦（Fe2O3）的沙子呈紅色，雜質(zhì)非常少、純度很高的沙子則表現(xiàn)為二氧化硅本身的顏色，也就是乳白色，這種白色沙子被稱作石英砂，著名旅游景點北海銀灘的沙子就是高品位的石英砂。

　　建筑之骨

　　這些人們司空見慣甚至于覺得微不足道的沙子有什么用處呢？切莫小瞧它們，那小小的身軀里有大大的夢想，沙子的用途可多啦，可以稱得上是“頂天立地”。

　　先從“ 立地” 說起吧。沙子的第一大用途就是作為建筑材料。在漫長的歲月里， 人類的棲身之所經(jīng)歷了從天然洞穴到茅草屋，到土坯房、磚瓦房， 再到混凝土建筑的巨大轉(zhuǎn)變。建筑材料在其中發(fā)揮了巨大作用。作為巖石的變體， 沙子自然可以成為建筑物的結(jié)構(gòu)材料， 并且“ 身段柔軟”的特性賦予了它更加靈活的使用優(yōu)勢。當(dāng)然， 這里面有個前提，那就是需要用一種“ 膠水” 將沙子黏結(jié)起來； 否則， 只是“ 一盤散沙”， 不堪大任。伴隨著水泥這種“ 膠水” 的出現(xiàn)， 沙子終于可以大顯身手了。我們今天所享受到的高樓大廈帶來的舒適與便利， 完全得益于混凝土的功勞。混凝土就是以沙子作為骨架材料、水泥作為膠凝材料， 再加上水和其他助劑， 按照一定比例混合而成的最重要的現(xiàn)代建筑材料。

　　世上沙子千千萬，但并不是任何一種沙子都適于作為建筑材料。經(jīng)過河流的千淘萬漉，河底沉積的沙子顆粒大小適中，表面光滑，鹽堿雜質(zhì)較少。因此，河沙是最佳選擇。河沙的沉積需要較長時間，儲量有限，開采之后還會使河道生態(tài)遭到嚴(yán)重破壞，因此，是一種寶貴的不可再生資源，需要加以節(jié)約和有序利用。相對河沙而言，海沙和沙漠沙儲量巨大，但是由于含有較多的鹽堿雜質(zhì)，對鋼材有腐蝕作用，因而不能用于生產(chǎn)建筑混凝土。

　　玻璃世界

　　沙子與玻璃也有不解之緣。

　　傳說在距今4000—3000 年的地中海沿岸，奔波在外的商旅或是正在行軍打仗的軍隊，在生火做飯時偶然用碳酸鈉礦石來支撐鍋灶。飽餐一頓之后，人們驚奇地發(fā)現(xiàn)，鍋底上沾染的沙子竟然變成了一種具有美感的透明的“寶石”。就這樣，人類在不知不覺中發(fā)明了玻璃。不過，也有專家認(rèn)為這個傳說并不可靠，因為生火做飯產(chǎn)生的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到制造玻璃所需要的高溫。但不管怎樣，沙子中含有的二氧化硅無疑是制造玻璃的重要原料，并且玻璃的主要成分也的確是二氧化硅。當(dāng)然，現(xiàn)代玻璃工業(yè)生產(chǎn)中使用的主要原料是石英砂，而非普通沙子。

　　除了給人類生活帶來了便利和美觀外，玻璃還對科學(xué)，特別是化學(xué)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。從沙子到玻璃，再到化學(xué)，冥冥之中似乎隱藏著一條脈絡(luò)。有這樣一種說法，由于玻璃產(chǎn)生于西方文明世界，透過這種透明的容器，人們可以觀察到里面物質(zhì)發(fā)生的變化，所以，化學(xué)最終誕生在西方世界。

　　而古老的中國以陶瓷器聞名于世，但陶瓷器并不透明， 于是我們的祖先就與化學(xué)的誕生失之交臂。時至今日， 化學(xué)實驗中種類繁多的玻璃器皿仍然是不可或缺的?；蛟S， 一流的化學(xué)家首先應(yīng)該是個高超的玻璃工的說法也并不過時。

　　鑄造模范

　　沙子還可以用于翻砂鑄造。

　　應(yīng)用這種工藝鑄造金屬構(gòu)件，首先，需要在砂箱中放置模具；再填充進(jìn)由黏土黏結(jié)沙子而制成的型砂；之后，將模具取出，得到具有特定形狀空腔的砂型，并將熔化的液態(tài)金屬澆入中空的砂型里；待冷卻后，去除砂型，就得到了需要的金屬構(gòu)件。

　　翻砂鑄造工藝具有悠久的歷史，我們的祖先在很早以前就掌握了這項技術(shù)，并由此創(chuàng)造出燦爛的青銅器文明。大家耳熟能詳?shù)暮竽肝於?、四羊方尊等都是青銅器的杰出代表。不僅如此，古代錢幣在鑄造過程中也使用了翻砂工藝。

　　從古至今，翻砂鑄造工藝傳承不斷，歷久彌新，沙子在其中發(fā)揮著無可替代的作用。

　　一步登天

　　最后來說說沙子是如何“頂天”的吧。

　　芯片是現(xiàn)代集成電路工業(yè)中必不可少的半導(dǎo)體元器件，航空、航天、軍工等高科技領(lǐng)域，以及日常生活中我們用的手機(jī)、電腦、冰箱、洗衣機(jī)……幾乎所有電器設(shè)備都離不開芯片。芯片的基底是單晶硅材料。那么，單晶硅從何而來？這里提到了硅，你一定馬上聯(lián)想到含有二氧化硅的沙子。對！就是沙子，高純度、高品位的白色沙子，即石英砂，是制造單晶硅的重要原料。

　　制造單晶硅的第一步是得到粗硅，也就是把石英砂中的二氧化硅在1800℃的高溫條件下用碳還原為單質(zhì)硅；之后，將粗硅與氯氣反應(yīng)，得到液態(tài)的四氯化硅（SiCl4）；四氯化硅經(jīng)過精餾提純后被超純氫氣還原，生成純度較高的單質(zhì)硅；最后，用逐步分段熔解—凝固的區(qū)域熔融法處理單質(zhì)硅，就得到了高純單質(zhì)硅。

　　這種高純單質(zhì)硅經(jīng)過直拉—裁切—打磨—切片等工序，最終變成了特定尺寸的單晶硅片。單晶硅片再經(jīng)過刻蝕、鍍銅及封裝等工藝流程，最終成為一枚枚可以大顯身手的芯片。

　　意外不意外？ 驚喜不驚喜？ 沒想到吧， 沙子的貢獻(xiàn)是如此之大，看來“一沙一世界”不僅包含著哲理，還蘊(yùn)藏著不少科學(xué)知識。

　　【責(zé)任編輯】趙 菲

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