Szkło jest jednym z najbardziej wszechstronnych materiałów. Znajdziemy je niemal wszędzie: od okien poprzez wyposażenie domu, aż po sprzęt elektroniczny. Dzięki szkłu możemy oberwać zarówno odległe gwiazdy jak i żyjące wokół nas mikroby. Nawet ten tekst wyświetla się wam prawdopodobnie na szklanym ekranie telefonu. Jednak, dlaczego szkło jest przezroczyste?
Szkło nie jest płynem
Jednym z najczęściej powtarzanych mitów na temat szkła jest to, że jest ono płynem. Bardzo gęstym płynem, który spływa powoli przez dziesiątki a może nawet setki lat. Zwolennicy tej teorii jako dowód pokazują stare kościelne witraże, które są na ogół grubsze u dołu. Płynność szkła ma także wyjaśniać jego przezroczystość. Szkło jest płynem, więc jest przezroczyste, a metal jest ciałem stałym, który nie przepuszcza światła. Oczywiście jest to mit. Szkło nie jest ani płynem, ani ciałem stałym tylko stanem pośrednim zwanym ciałem amorficznym. Jest to stan skupienia materii przypominający ciało stałe, ale składający się z cząstek ułożonych w sposób chaotyczny, zbliżony do spotykanego w cieczach. Więcej na ten temat możecie poczytać w poniższym artykule.
Dlaczego szkło jest przezroczyste a metale nie?
No dobrze, ale skoro to nie płynność powoduje przezroczystość, to co? Odpowiedz na to pytanie, kryje się w strukturze atomowej. Praktycznie każda substancja wygląda tak samo — ujemnie naładowane elektrony krążą wokół dodatnio naładowanego jądra, tak jak planety krążą wokół Słońca (prawdziwy atom oczywiście jest trochę bardziej skomplikowany, ale ten uproszczony przykład idealnie nadaje się do wytłumaczenia naszego zagadnienia). Atomy, które krążą bliżej jądra, znajdują się w tzw. stanie minimalnej energii. Kiedy na dany materiał pada światło, fotony światła wchodzą w interakcję z elektronami. Skutkiem zderzenia fotonu z elektronem jest wypchnięcie elektronu na wyższą orbitę. W naszym przykładzie to trochę tak jakby planeta Wenus została wypchnięta na orbitę Ziemi. W wyniku interakcji foton traci energię i znika, a elektron po jakimś czasie wraca na swoją pierwotną pozycję. W wyniku pobudzenia elektronu wytwarza się energia cieplna. Z powodu tych interakcji światło nie jest w stanie przeniknąć substancji takich jak beton, drewno czy metal.
W przypadku szkła i innych przezroczystych materiałów zjawisko to wygląda inaczej. Elektrony w atomach szkła potrzebują dużo więcej energii, aby zostać wypchnięte na wyższą orbitę. Fotony więc po prostu przelatują, nie wchodząc w żadną interakcję. Możemy o tym myśleć jak o rzucaniu piłką do kosza. Musimy rzucić piłkę z odpowiednią siłą, aby trafiła do celu. Jeśli rzucimy zbyt mocno, lub zbyt słabo piłka przeleci ponad, lub pod koszem. W przypadku szkła fotony po prostu przelatują, nie wywołując żadnej reakcji i jednocześnie nie tracąc energii.
