Tại sao thủy tinh lại trong suốt?

Thủy tinh bao gồm 1 nguyên tử Silic và 2 nguyên tử Oxi kết hợp thành và tạo nên phân tử SiO2. Trong tự nhiên, SiO2 tồn tại ở dạng thạch anh và thạch anh không có xa xôi đâu, nằm ở trong cát đó, cụ thể hơn là cát thủy tinh, hoặc cát trắng. Vậy nếu cát là thủy tinh thì tại sao nhìn vào cát lại không có trong suốt như thủy tinh?

Bên trong thạch anh hoặc cát thì các phân tử liên kết với nhau và bị hạn chế về chuyển động, do đó nếu bề mặt vật liệu không phẳng thì sẽ làm tán xạ tia sáng chiếu đến. Do đó cát trong suốt đó, nhưng do tán xạ nhiều quá nên thành ra không trong suốt nổi. Khi nung chảy thạch anh, các liên kết sẽ bị phá vỡ và khiến cho phân tử chuyển động tự do giống và tạo thành thủy tinh lỏng tương tự như những vật chất bình thường khác. Nhưng khi làm nguội thủy tinh lỏng, các liên kết trước đó sẽ ko hình thành lại được, kết quả là các phân tử chỉ di chuyển chậm dần và chậm dần mà thôi và người ta gọi đó là chất rắn vô định hình.

Chính điều này khiến cho các phân tử có khả năng lấp đầy những chỗ trống hoặc nứt trên bề mặt, khiến bề mặt trở niên liền mạch hơn và dẫn đến ít tán xạ hơn hoặc dễ trong suốt hơn. Nhưng điều này vẫn chưa giải thích được tại sao thủy tinh trong suốt. Để giải thích điều đó, ta cần tiến vào cấp độ nguyên tử.

Nhưng đã học thì nguyên tử bao gồm hạt nhân và các electron di chuyển xung quanh, nhưng vì kích thước quá bé nên nguyên tử hầu như là rỗng. Để dễ hình dung, nếu nguyên tử được phóng đại kích thước lên bằng vs kích thước của một sân vận động, thì hạt nhân sẽ như hạt đậu nằm ở trung tâm sân vận động, còn electron là các hạt bụi nằm xung quanh khán đài. Quá rỗng nên photon dễ chui qua. Các electron khi gặp photon sẽ hấp thụ photon ánh sáng và dùng năng lượng đó để thực hiện bước nhảy lên các mức năng lượng cao hơn, nhưng phải thỏa một điều kiện. Năng lượng của một photon khi hấp thụ phải vừa đủ thì mới nhảy được, năng lượng mạnh hơn hoặc íu hơn là khỏi nhảy mà cho photon đó đi qua. Lưu ý rằng là năng lượng của 1 photon chứ ko phải là hít nhiều photon cho đến khi đủ thì nhảy đâu nha, hít một cái là nhảy hoặc không nhảy, không có hít nhiều. Và may thay, bên trong thủy tinh, các photon của ánh sáng bình thường không đủ để khiến electron nhảy, do đó photon sẽ đi qua, hay còn gọi là thủy tinh vô hình. Một điều thú vị khác đó là photon của tia UV (tia cực tím) lại vừa đủ để electron trong thủy tinh nhảy. Do đó mà thủy tinh có khả năng lọc tia cực tím từ ánh sáng mặt trời.

Dung (Nguoiduatin.vn)