Таємниця прозорості: чому скло пропускає світло

Про що ви дізнаєтесь:

• Чому скло прозоре
• Чому скло пропускає світло

У повсякденному житті ми рідко замислюємося, чому скло, яке нас оточує, є прозорим. Ця властивість здається природною, і ми сприймаємо її як належне. Проте за цим простим явищем стоїть складна наука, що пояснює, як матеріал, створений з піску, дозволяє світлу проходити крізь себе без перешкод. Щоб розкрити цю таємницю, потрібно заглибитися в мікроскопічний світ атомів та електронів, де світло зустрічає свій шлях. Главред розповість детальніше.

Хімічний склад і структура

Як розповідають на каналі "Цікава наука", скло, яке ми бачимо щодня, складається з діоксиду кремнію. Це поєднання кремнію та кисню — двох найпоширеніших елементів у земній корі. У природі діоксид кремнію утворює кристалічну ґратку, відому як кварц, який є основним компонентом піску.

Щоб створити скло, кварц нагрівають до температури 1700°C, поки він не розплавиться в рідину. Під час охолодження молекули діоксиду кремнію не встигають знову впорядкувати кристалічну структуру, а застигають у хаотичному, неупорядкованому стані. Це робить скло твердим, але аморфним матеріалом.

Рекомендуємо:

Що небезпечніше — спека чи холод:критичні межі, за якими життя неможливе

Саме ця аморфна та невпорядкована структура є основною причиною прозорості скла. На відміну від кристалів, де молекули розташовані в чіткій, повторюваній схемі, у склі вони розміщені випадково. Така структура на мікроскопічному рівні забезпечує, що поверхня скла є рівномірною. Тому, коли світло проходить крізь нього, воно не розсіюється в різні боки, а рухається прямо. Якби структура скла була кристалічною, як у цукру чи солі, це призвело б до розсіювання світла, і матеріал був би непрозорим.

Відео про те, чому скло прозоре, можна переглянути тут:

Фізика прозорості на субатомному рівні

На субатомному рівні найцікавіше пояснення прозорості скла. Проте виникає питання, чому скло прозоре, а більшість інших речовин — ні.

Справа в тому, що світло складається з частинок, які називаються фотонами, а атоми — з ядра та електронів, що обертаються навколо нього. Між ними — порожній простір. Коли фотон світла проходить через атом, його може поглинути електрон, але за умови, що він має достатньо енергії, аби "підштовхнути" електрон на вищий енергетичний рівень.

Електрони в атомах розташовані на певних, фіксованих енергетичних рівнях, і стрибок на вищий рівень вимагає точної кількості енергії. Коли фотон світла, що несе певну кількість енергії, взаємодіє з атомом, може статися одне з двох: або фотон поглинається і електрон стрибає на вищий рівень, або фотон проходить далі, не впливаючи на електрон. Після поглинання фотон зникає, і речовина стає непрозорою.

У склі енергетичні рівні електронів у атомах розташовані на таких відстанях один від одного, що фотони видимого світла просто не мають достатньо енергії, щоб бути поглиненими. Тому вони вільно проходять крізь матеріал, роблячи його прозорим.

Таким чином, прозорість скла — це не випадковість, а результат поєднання його аморфної структури та особливостей атомів діоксиду кремнію, які дають можливість фотонам видимого світла безперешкодно проходити крізь матеріал. Ця властивість робить скло незамінним у нашому житті.

Вас може зацікавити:

• Вулкани — ворота з надр Землі: як працюють та чому вони вивергаються
• Сіль: біле золото чи біла смерть
• Зубна паста — від мозку мишей до фторованих гелів: як чистили зуби тисячоліттями

Наші стандарти: Редакційна політика сайту Главред