להבין מדוע זכוכית שקופה

אם תסתכלו דרך משקפיים, משקפת או אפילו חלון, תראו את העולם בצד השני. אבל למה משקפיים שקופים? כדי לענות על שאלה מוזרה זו, המדען... מארק מיודובניק, חבר בערוץ טד-אד לא YouTube, חושף את הסוד המדעי שמאחורי מוצקים אמורפיים בסרטון מעניין מאוד.

המסתורין של המשקפיים

לפני שנוכל להבין מדוע זכוכית היא חומר שקוף, עלינו להבין ממה היא עשויה. הכל מתחיל בקרום כדור הארץ, שם אנו מוצאים שניים מהיסודות הנפוצים ביותר שלה: סִילִיקוֹן ו - חַמצָןכשהם התאחדו, הם היו ה- סיליקון דיאוקסיד אשר, בתורו, יוצר את גבישי קוורץ, שנמצא בדרך כלל בחול.

לפי הטופס "מבולבל" של מולקולות הסיליקון הדו-חמצני של קוורץ, הגביש לא יכול לשמש בצורתו הטהורה ליצירת זכוכית, מכיוון שהוא מחזיר ומפזר קרני אור. עם זאת, כאשר הוא מחומם לטמפרטורות גבוהות, המולקולות מאבדות את קשריהן, וכאשר הוא מתקרר, הוא הופך ל... מוצק אמורפי, שבו המולקולות מסדרות את עצמן מחדש למבנה חלק באופן מיקרוסקופי: ה- זכוכית.

אבל זה עדיין לא מסביר מדוע אור עובר דרך זכוכית ולא דרך סוגים אחרים של חפצים, כמו תיק, למשל. לשם כך, עלינו לרדת לרמה התת-אטומית. סקירת הלקחים של כימיה e פיסיקה, נוכל לזכור שאטומים מורכבים מ גרעין עשוי מ פרוטונים e נויטרונים e קליפת אלקטרונים סביבו. עם זאת, הדבר החשוב ביותר הוא שחלק ניכר מהאטום עשוי מחלל ריק.

כדי לקבל מושג לגבי גודל החלל הזה, אם אטום היה בגודל של אצטדיון כדורגל, הגרעין היה בגודל של אפונה, במרכז המגרש. בעוד שהאלקטרונים היו אנשים היושבים בשורות שונות של היציעים. עם כל כך הרבה חלל ריק, אין זה מפתיע שאור פשוט עובר דרך מבנה האטומים.

אבל אם זה המצב, מדוע אור לא פשוט עובר דרך התיק, כפי שהוא עובר דרך זכוכית? הסיבה לכך היא שהאלקטרונים באטום הסיליקון, בניגוד לאלה באטום הפחמן (המרכיב את מבנה התיק), דורשים כמות גבוהה של אנרגיה כדי לקפוץ משכבה אחת לאחרת, ולשחרר... פוטונים בצורה של אנרגיה. הכל בגלל שקליפות האלקטרונים באטומי סיליקון רחוקות מאוד זו מזו.

באטומי פחמן, למשל, השכבות קרובות יחסית זו לזו, ודי בקרן אור חלשה כדי לגרום לאלקטרון לקפוץ ממיקום אחד למשנהו, ובכך לפלוט ולהחזיר אור. זו הסיבה שאנו יכולים לראות את התיק, מכיוון שהפוטונים המשתחררים מגיעים לעינינו, אך לא במקרה של זכוכית, מכיוון שהאור פשוט עובר דרך העצם.