Стекло является неотъемлемой частью повседневной жизни.

Окно, питьевой сосуд, бутылка или зеркало – всюду мы видим этот твёрдый, гладкий и пропускающий свет материал. Но почему стекло прозрачно, хотя его исходное сырьё — кварцевый песок с примесями соды и извести — выглядит беловатым и непрозрачным?

«Стекло прозрачно по двум причинам: во-первых, в стекле нет границ между микроотрезками макромолекулы, которые могли бы рассеивать свет. Стекло невероятно однородно», — говорит Лотар Вондрасчек, профессор Института стекла и керамики при Университете Эрлангена. Вторая причина — видимый свет не может взаимодействовать с электронами стекла. Поэтому частицы света при прохождении через стекло не меняются.

Ну а если коротко: стекло  «не ловит» фотоны света.

Стекло как «Замороженная жидкость»

Стекло выделяется на фоне других твёрдых веществ своей структурой: она напоминает структуру замороженной переохлажденной жидкости. В отличие от правильной решётки кристалла, атомы и молекулы стекла расположены неравномерно, поэтому между ними всегда есть промежутки.

Филипп Мориарти, наноисследователь из Ноттингемского университета, сообщает: «Предположение о том, что стекло прозрачно из-за пробелов в молекулярной структуре, не соответствует действительности. Важно то, как атомы расположены в твёрдом теле. И от их расположения зависит распределение электронов – это имеет решающее значение».

Взаимодействия с электронами нет

Обычно в своём основном состоянии отрицательно заряженные электроны движутся вокруг атомного ядра. То есть находятся в состоянии минимальной энергии. Мориарти сравнивает это с мячом, неподвижно лежащим на полу комнаты. Но как только на материал попадает свет, фотоны света и электроны материала начинают взаимодействовать.

Свет сообщает свою энергию электронам и поднимает их на более высокий, энергетически заряженный уровень. Но при этом световая частица поглощается, в этом случае материал не может быть прозрачным.

У стекла всё по-другому: «В большинстве стёкол прочность молекулярных связей настолько велика, что для их преодоления необходимо излучение высокой энергии, например, ультрафиолетовое или рентгеновское», — объясняет Вондрасчек. Молекулы диоксида кремния в стекле настолько крепко держат свои электроны, что энергия видимого света не может их возбудить. Поэтому фотоны не поглощаются и проходят через стекло, почти не изменяя своё состояние. В итоге стекло кажется нам прозрачным.

«Если стекло содержит некоторые примеси со слабосвязанными электронами, свет может быть поглощён ими. Это позволяет делать стекло цветным», — говорит Вондрасчек. В основном в качестве окрашивающих добавок используются оксиды металлов. С их помощью бутылки, церковные окна или стеклянные вазы становятся ярко-синими, жёлтыми или зелёными.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Пожалуйста, введите свой комментарий!
Пожалуйста, введите ваше