Наистина ли стъклото е течност и как така виждаме през него?
Стъклото е много готин материал. Но по какъв начин работи на атомно равнище? Защо можем да виждаме през него, само че не и през (например) метали? И какво въобще съставлява стъклото?
Често в интернет се повтаря „ фактът “, че стъклото в действителност е течност, само че е много гъсто, с цел да можем да го забележим по какъв начин се движи. Обикновено този „ факт “ се съпровожда от концепцията, че витражите в старите църкви и катедрали са по-дебели в долната си част, което е резултат от гравитацията, която е събрала стъклото на дъното в продължение на епохи. В реалност обаче това не е по този начин. Всъщност стъклото има доста общо с течностите, само че има и общи неща с твърдите тела.
Съществуват доста стъкла, само че евентуално е най-лесно да се съсредоточим върху силициевия диоксид, главната съставна част на множеството стъкла. Когато загреете задоволително кварцовия пясък (SiO2), той се разтапя. В това течно положение обособените молекули са свободни да се движат в материала, само че в случай че го охладите задоволително бързо, за разлика от металите и други твърди субстанции, той не образува проведени кристални, нито поликристални структури, формирани пък от по-малки кристални структури, натъпкани една до друга.
„ При изстудяване на течността нормално се усилва нейният вискозитет; само че увеличението на вискозитета има наклонност да предотвратява кристализацията. Обикновено, когато една течност се охлади до температура под точката на заледяване, се образуват кристали и тя се втвърдява; само че от време на време може да се получи преохлаждане, оставайки течна под точката си на размразяване, защото не може да задейства кристализацията “, изяснява Филип Гибс за Калифорнийския университет в Ривърсайд.
„ Ако вискозитетът се увеличи задоволително при по-нататъшно изстудяване, може в никакъв случай да не кристализира. Самият вискозитет се покачва бързо и непрестанно, като се образува гъст сироп и най-после аморфно твърдо вещество. Тогава молекулите са с неорганизирана класификация, само че с задоволителна кохезия, с цел да поддържат известна неотстъпчивост. “
В това положение стъклото има свойства, сходни с тези на течност и твърдо вещество, само че не тече като течност.
„ В къси периоди стъклото се държи сходно на твърдо тяло. Но поради течноподобната си конструкция за задоволително дълъг интервал от време то ще претърпи развой, наименуван релаксация„, изясняват учените в региона на материалознанието Джон Мауро и Кателин Кирхнер.
„ Релаксацията е непрестанен, само че извънредно муден развой, при който атомите в парче стъкло постепенно се пренареждат в по-стабилна конструкция. В продължение на 1 милиард години типично парче стъкло ще промени формата си с по-малко от 1 нанометър – към 1/70 000 от диаметъра на човешкия косъм. “
Тази аморфна, безредна конструкция разрешава на светлината да минава през нея, без да се разсейва доста, както може да минава през вода. Но това не изяснява за какво стъклото е транспарантно. За задачата е належащо да споменем електроните.
Когато фотон светлина попадне върху корав материал, на субатомно равнище могат да се случат няколко неща. Фотонът може да бъде обхванат от материала, като нормално го нагрява с силата си. В този случай фотонът на процедура изчезва, което значи, че нито се отразява, нито излиза от другата страна на материала, както се случва при стъклото и други транспарантни твърди тела.
Фотонът може да бъде и отразен. В този случай (най-общо казано, защото електромагнетизмът е много комплицирана тема) фотонът се гълтам за миг, след което се излъчва фотон със същата дължина на вълната.
И в двата случая, поради поглъщането, светлината не минава през обекта. Тя обаче може да премине през някои материали без да се промени, което е известно като трансмисия. Ако постъпващият фотон няма задоволително висока сила, с цел да възбуди електроните до по-високо енергийно положение, той не се гълтам, а минава.
В множеството материали забележимата светлина е задоволителна, с цел да възбуди електроните до по-високите им енергийни положения, и по тази причина те не са транспарантни. Но в стъклото пролуките сред вероятните енергийни положения са задоволително огромни, с цел да не може забележимата светлина да докара до по-високите сили.
Стъклото пропуща забележимата светлина, само че ултравиолетовата е задоволителна, с цел да възбуди електроните в по-високи сили, и по тази причина доста от тези дължини на вълните на светлината не минават през него, което придава на стъклото някои филтриращи свойства.
