ガラス：不可視の固体

要約

この記事では、ガラスの科学と製造方法について探求します。また、ガラスが透明であり、なぜ光が通過できるのかについても議論します。

ガラスは何でできているのか？

ガラスは、シリコンと酸素の反応から形成される二酸化ケイ素でできています。この反応により、砂によく見られる石英が生成されます。石英は、ほとんどの種類のガラスの主成分です。

ガラスはどのように作られるのか？

石英を高温で加熱すると、分子が振動して互いに結びつけている結合が切れ、流れる液体になります。水とは異なり、液体二酸化ケイ素は冷却されても結晶固体に戻りません。代わりに、流動性のある液体の混沌とした構造を持つ非結晶質の固体になります。これにより、ガラスの表面は微視的なレベルで均一になり、光が異なる方向に散乱されずに当たることができます。

ガラスが透明な理由は？

ガラスが大部分の固体と異なり、光が吸収されるのではなく通過する理由は、原子内の電子が持つ異なるエネルギーレベルに関係があります。電子は最初に特定の列に座るように割り当てられますが、エネルギーがあればより良い列にジャンプすることができます。原子を通過する光子のうちの1つを吸収することで、電子が必要とするエネルギーを提供することができます。ただし、光子からのエネルギーは、電子を次の列にジャンプさせるために十分な量でなければなりません。そうでなければ、光子は通過するだけです。ガラスでは、列が非常に離れているため、可視光の光子では電子が列を飛び越えるのに十分なエネルギーを提供できません。一方、紫外線からの光子は、ちょうど適切な量のエネルギーを与えるため、吸収されます。これが、ガラス越しに日焼けをすることができない理由です。