Почему стекло прозрачное?

Школьным курсом физики с нами делятся достаточно щедро – равно как и азами химии. Если словосочетания «квантовая механика», «электронная оболочка», «уравнения Максвелла» вас не пугают, то вы наверняка и сами сумеете ответить на вопрос прозрачности стекла.

Чтобы не вдаваться в достаточно сложные рассуждения и не приводить пугающего вида системы уравнений, выведенных величайшим физиком XIX века, стоит вернуться к теории света. Также нам придется упомянуть теорию строения веществ. Именно на основании Максвелловых основополагающих теорий и будут строиться объяснения, в итоге которых и будет дан предельно краткий ответ на вопрос о причине, по которой мы можем видеть сквозь стекло любой толщины.

Об атомной теории строения веществ – без формул и загадок

Разговор о прозрачности стекла придётся начать издалека. С какими телами мы имеем дело в повседневной жизни? Правильно – с твердыми, жидкими, газообразными. Точнее, с физическими телами, которые находятся в одном из агрегатных состояний – при постоянных давлении и температуре агрегатное состояние тела сохраняется стабильным.

Есть еще тела мягкие (аморфные) – их физическое состояние характеризуется как промежуточное между твердым телом и жидкостью. Отличная по своим показателям текучесть, к примеру, присущая жидкостям, наблюдается в таких твердых телах, как лед или сапожный вар. Кроме того, еще причисляют к агрегатным состояниям плазму.

Почему стекло прозрачно?

Почему стекло прозрачно?

Огонь, вода… и бетонные стены

Вернемся к теории строения. Все тела состоят из различных веществ; каждое вещество имеет сложную молекулярную структуру. Молекулы, слагающие физические тела, могут иметь строгий порядок расположения – в таком случае мы наблюдаем твердое тело. Если закономерность в расположения молекул отсутствует, мы говорим о жидкости, паре или газе.

Итак: твердое тело отличается правильной «упаковкой» молекул. Просветы между молекулами газообразного или жидкого тела намного больше. В силу этого фотонам, из которых (согласно с корпускулярной теорией света) состоит пучок света, проще пройти через газ или жидкость. Структура твердого тела «воспринимается» фотонами как кирпичная стена.

Частицам света удается проникнуть сквозь редкие атомы жидкости, газа, пара – мы говорим о прозрачности. Фотоны сталкиваются с плотно выстроенными атомами твердых тел, не в состоянии разминуться с ними или же «выбить» часть электронов, нарушить ионную связь и выйти наружу – мы говорим о непрозрачности. Световая энергия в последнем случае преобразуется в тепловую, и поток фотонов попросту нагревает твердый объект, не в состоянии проникнуть за его пределы.

Разумеется, мы говорим сейчас о свете видимой для человека частоты. Вот тут мы уже подошли ко второй части теории света – волновой. Курс физики, корпускулярно-волновая теория – все вспомнили? Свет – не только поток частиц, но еще и волна с определенной частотой. В случае с газами мы имеем дело с веществами, в которых расстояния между атомами превышает длину волны видимого диапазона.

О леденцах и стеклах – на уровне атомов

Исключением из этого правила остаются кристаллы – твердые физические тела, сохраняющие прозрачность. Причина этого – в строгой системе кристаллической решетки, которую невозможно нарушить, не уничтожив при этом кристалл. Таким же свойством – прозрачностью – обладают и некоторые твердые объекты, которые подвергались специфическому воздействию. К примеру – были нагреты и потом быстро охлаждены.

Что напоминает процесс доведения до высокой температуры с последующим резким охлаждением? Все, кто делал домашние леденцы, узнали последовательность действий. Леденец прозрачен для волн света видимого диапазона именно в силу расположения атомов в порядке, характерном для жидкостей.

Стекло — также твердый объект, прозрачность которого обусловлена на атомном уровне. Помимо физической структуры, роль играет химическое соединение элементов в составе стекла. Для изготовления стекла необходима нагретая смесь песка SiO2, извести CaO, соды Na2CO3. Мы видим только легкие элементы в составе песка – легкие с точки зрения расположения в таблице Менделеева.

Химия подарила нам знания, что для ионной связи легких элементов характерна полностью заполненная электронная оболочка. Если фотон способен поглотиться ионами вещества, он попросту отдаст энергию иону – тело из такого вещества будет непрозрачным. Фотоны не обладают достаточным запасом энергии, чтобы разрушить ионные связи в плотной оболочке легких элементов (или их соединений). Стекло прозрачно – причину этого мы объяснили, оперируя понятиями курса физики и химии средней школы.

 

 

 

 

Что почитать еще:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Войти с помощью: 


*

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>