Czy zastanowiło cię kiedyś, dlaczego szkło jest przezroczyste? Sekret tkwi w jego amorficznej strukturze atomowej. Oznacza to, że szkło zbudowane jest z łańcuchów atomów, które nie mają wewnętrznej budowy krystalicznej mogącej odbijać fotony. Tym samym przechodzą one przez materiał bez żadnych przeszkód. Jak przedstawia się ten proces w praktyce? Dowiedz się więcej.
Warto podkreślić, że szkło nie jest wyjątkiem. Podobną budowę ma również powietrze czy woda. Najbardziej fascynuje natomiast fakt, że szkło zostało stworzone przez człowieka.
Dlaczego szkło jest przezroczyste? Kilka słów o budowie
Zacznijmy od prostych spostrzeżeń. Tafla szkła jest przezroczysta, jeśli jednak rozbijesz ją na drobne kawałki, elementy będą wydawały się białe. Dlaczego tak się dzieje?
Istota rzeczy tkwi w poukładaniu atomów na poszczególnych poziomach energetycznych. Od tego zależy, czy światło będzie w stanie przedostać się przez konkretną strukturę. Fotony transportują energię przez różne ciała, a podczas tego procesu mogą zostać zaabsorbowane i nie przenikną – wówczas dana substancja nie jest przejrzysta. W przypadku szkła i innych przezroczystych materiałów zachodzi jednak inny proces. Różnica energetyczna między stanem podstawowym fotonu a stanem wyższej energii (nazywana przerwą energetyczną) jest na tyle duża, że foton nie zostaje zaabsorbowany.
Rozproszone czy nie, czyli dlaczego szkło jest przezroczyste, a nie białe?
Powróćmy do kwestii odłamków szkła. Otóż, gdy światło przechodzi przez mały kawałek, ulega załamaniu na jego krawędzi i – w związku z tym – częściowemu odbiciu. W efekcie opuszcza powierzchnię w różnych, losowych kierunkach. Pojawiają się wówczas wszystkie kolory, ponieważ jednak żaden z nich nie zostaje pochłonięty, ludzkie oko postrzega je jako biel. Jeśli jednak w procesie zachowana zostanie pierwotna ścieżka, a światło nie zostanie rozproszone, ujawni się jako przezroczyste.
Jeśli więc wziąć pod uwagę duże bryły, które są jednolite, na przykład kryształy, będą one postrzegane przez ludzkie oko jako przejrzyste, a nie białe. Z kolei papier wygląda na biały, gdyż światło jest w stanie wielokrotnie przenikać z materiału w powietrze i z powrotem.
Co ważne, załamanie i rozproszenie jest uzależnione również od zmian gęstości. Można dostrzec to, zamaczając materiał. Woda wypełnia istniejące w nim szczeliny powietrza, ale zmiana nie jest znacząca. Właśnie dlatego mokra bawełna staje się zaledwie półprzepuszczalna. Podobne zjawisko możesz zauważyć, spoglądając na papier zabrudzony tłuszczem. Po wypełnieniu szczelin powietrznych tłustą substancją, dochodzi do niewielkiej zmiany gęstości, a więc i niewielkiego rozproszenia.
Różne materiały a ich przezroczystość
Powyższe rozważania dają odpowiedź na pytanie, dlaczego szkło jest przezroczyste. Warto dodać, że zasada dotyczy także innych jednolitych struktur – większość materiałów przezroczystych zaliczana jest do grupy materiałów nieprzewodzących, ponieważ nie są w stanie zaabsorbować fotonów we wskazany wyżej sposób.
A co z materiałami przewodzącymi, jak choćby metalami? One pochłaniają światło, bo znajdujące się w ich strukturze swobodne elektrony oddziałują z fotonami. Siłą rzeczy nie są więc przejrzyste. Przezroczystość dotyczy z kolei kryształów: nawet sól kuchenna może mieć tę cechę, jeśli będzie hodowana w dużych kryształach.
Na koniec warto dokonać jeszcze jednego zastrzeżenia: żaden materiał nigdy nie będzie idealnie przezroczysty. Nawet w przypadku szkła, kryształu czy wody dochodzi do strat spowodowanych rozpraszaniem światła, niedoskonałościami powierzchni, zanieczyszczeniami oraz innymi czynnikami. Warto o tym pamiętać, poszukując odpowiedzi na pytanie, dlaczego szkło jest przezroczyste.