Стекло является неотъемлемой частью нашего современного мира. Оно состоит из непрозрачных материалов: песка, соды и извести - но почему стекло на самом деле прозрачно?
Окна, бутылки для напитков или телескопы и бинокли - это все те продукты, которые невозможно было бы производить без стекла и которые стали незаменимыми в нашей повседневной жизни. Стекло - это в основном кварцевый песок, сода и известь - все материалы, которые не являются прозрачными. Итак, тогда возникает вопрос, почему стекло прозрачное?
Заранее кратко обсудим электромагнитный спектр. Он варьируется от длинноволнового радиоизлучения до жесткого и коротковолнового гамма-излучения. Чтобы увидеть материал, он должен быть поражен электромагнитным излучением с длинами волн от 400 до 800 нанометров. Мы называем эту область светом, который может видеть человек. Воспринимаем ли мы затем материал как прозрачный или окрашенный зависит от того, поглощает ли он или передает свет. Чем больше света, который может свободно проникать в материал, тем более прозрачным он нам кажется.
Почему стекло прозрачное?
Секрет прозрачного стекла кроется в его создании. Хотя исходный материал кварцевый песок, сода и известь не прозрачны, конечный продукт - стекло, кажется нам прозрачным. При производстве стекла смесь плавится при температуре 1600 градусов по цельсию и во время последующего процесса охлаждения молекулы, так сказать, замораживаются. По этой причине стекло также называют переохлажденным расплавом. Охлажденное стекло не имеет кристаллической решетки и напоминает жидкость, а не твердое тело из-за своей атомной структуры. И действительно, стекло аморфно и течет, хотя и значительно медленнее, чем вода. Вода, например, имеет вязкость 1, тяжелая нефть от 30 до 700, а стекло имеет вязкость около 1 000 000 000 000 000 000 000 (один квадриллион).
Разупорядоченные молекулы в стекле имеют много места друг для друга. По этой причине свет может проникать в крошечные полости почти беспрепятственно. Кроме того, в стекле нет свободных электронов, в отличие, например, от металла. Если свет падает на металл, он попадает в многочисленные электроны и не может выйти. Стекло же сделано из диоксида кремния, химического соединения без свободных электронов. По этой причине свет в стекле не поглощается и кажется нам прозрачным.
Стекло можно изготовить практически из любого материала
Слово «стекло» происходит от германского «блестящий» или «сияющий». Это на самом деле собирательный термин для группы аморфных тел. Таким образом, аморфные отвержденные металлы называются стеклами. Как уже упоминалось, стекло образуется в результате быстрого охлаждения из жидкого или газообразного состояния и почти любое вещество может быть превращено в (метастабильное) стекло.
Первые стеклянные находки происходят из Месопотамии и датируются примерно 1600 годом до нашей эры. Со времени первого производства искусственного стекла многое произошло. Сегодня в мире производится несколько миллионов тонн стекла каждый год. В то же время производство и обработка стекла превратились в современную отрасль. В зависимости от экономических требований, прочность на разрыв, прозрачности, изоляционных свойств или других свойств стекла могут быть точно определены. Даже при промышленной обработке стекла, такой как резка, полировка или шлифование кромок стекла или сверление отверстий в чувствительном материале, используется современное оборудование.
Готовые конечные продукты настолько распространены сегодня, что мы едва замечаем их - и это не из-за их прозрачности. Будь то керамическая плита, линзы для очков, дисплеи для мобильных телефонов, лампочки или телевизоры - прозрачный материал окружает нас повсюду каждый день.