افهم سبب شفافية الزجاج

إذا نظرت من خلال نظارتك أو منظارك أو حتى نافذة ، فسترى العالم من الجانب الآخر. لكن لماذا النظارات شفافة؟ للإجابة على هذا السؤال الفضولي ، أيها العالم مارك ميودونيكعضو في القناة TED-إد لا يوتيوب ، يزيل السر العلمي وراء المواد الصلبة غير المتبلورة بفيديو ممتع للغاية.

سر النظارات

قبل محاولة فهم سبب كون الزجاج مادة شفافة ، نحتاج إلى فهم ما هو مصنوع. يبدأ كل شيء في قشرة الأرض ، حيث يمكننا أن نجد عنصرين من أكثر العناصر شيوعًا: السيليكون س الأكسجين. عندما يتحدون ، كانوا هم ثاني أكسيد السيليكون والذي بدوره يشكل بلورات الكوارتز، وعادة ما توجد في الرمال.

بالشكل "غير مرتب" من جزيئات ثاني أكسيد السيليكون في الكوارتز ، لا يمكن استخدام البلور في شكله النقي لصنع الزجاج ، لأنه يعكس وينثر أشعة الضوء. ومع ذلك ، عندما يتم تسخينها إلى درجات حرارة عالية ، تفقد الجزيئات روابطها ، وعندما يتم تبريدها ، تصبح صلبة غير متبلورة، حيث تقوم الجزيئات بإعادة ترتيب نفسها في بنية ناعمة مجهريًا: زجاج.

لكن هذا لا يزال لا يفسر سبب مرور الضوء عبر الزجاج وليس أنواعًا أخرى من الأشياء ، مثل الحقيبة ، على سبيل المثال. لذلك ، نحن بحاجة إلى النزول إلى المستوى دون الذري. مراجعة الدروس كيمياء e فيزياء، يمكننا أن نتذكر أن الذرات تتكون من جوهر مصنوع من البروتونات e النيوترونات e قذيفة الإلكترون حولك. لكن الأهم من ذلك ، أن معظم الذرة تتكون من مساحة فارغة.

للحصول على فكرة عن حجم هذه المساحة ، إذا كانت الذرة بحجم ملعب كرة قدم ، فإن النواة ستكون بحجم حبة البازلاء ، في وسط العشب. بينما ستكون الإلكترونات أشخاصًا يشغلون صفوفًا مختلفة من المدرجات. مع وجود الكثير من المساحات الفارغة ، ليس من المستغرب أن يمر الضوء ببساطة من خلال بنية الذرات وعبرها.

ولكن إذا كان الأمر كذلك ، فلماذا في حالة الحقيبة لا يمر الضوء من خلالها ، مثل الزجاج؟ يحدث هذا لأن إلكترونات ذرة السيليكون ، على عكس إلكترونات الكربون (التي تشكل هيكل الحقيبة) تحتاج إلى قدر كبير من الطاقة للقفز من طبقة إلى أخرى ، مما يؤدي إلى إطلاق الفوتونات في شكل طاقة. كل ذلك لأن طبقات الإلكترونات في ذرات السيليكون بعيدة جدًا عن بعضها البعض.

في ذرات الكربون ، على سبيل المثال ، تكون الطبقات قريبة نسبيًا من بعضها ويكون شعاع الضوء ضعيفًا بما يكفي لجعل الإلكترون يقفز من موضع إلى آخر ، وبالتالي ينبعث منه الضوء ويعكسه. لدرجة أن هذا هو السبب الذي يجعلنا نرى الحقيبة ، حيث تصل الفوتونات المحررة إلى أعيننا ، ولكن ليس في حالة الزجاج ، حيث يمر الضوء ببساطة عبر الجسم.