유리를 투명하게 만드는 것은 무엇입니까?

집 이 지어지는 것을 본 적이 있습니까? 목수는 먼저 2x4 스터드를 사용하여 구조의 기본 골격을 세웁니다. 그런 다음 그들은 벽을 만들기 위해 스터드에 외장(보통 합판)을 못을 박습니다. 대부분의 벽에는 프레임 내에 위치한 유리 시트를 고정하는 창 개구부가 있습니다. 창문은 빛이 들어오게 하기 때문에 집을 밝고 따뜻하고 환영하는 느낌을 줍니다. 그러나 유리창이 유리창을 둘러싼 나무보다 더 투명해야 하는 이유는 무엇입니까? 결국 두 재료 모두 견고하고 비 , 눈, 바람을 막습니다. 그러나 나무는 불투명하고 빛을 완전히 차단하는 반면 유리는 투명하여 햇빛이 방해받지 않고 통과할 수 있습니다.

일부 사람들, 심지어 일부 과학 교과서에서도 나무는 진정한 고체이고 유리는 점성이 높은 액체라고 설명하는 것을 들었을 것입니다. 그런 다음 그들은 유리 안의 원자가 더 멀리 떨어져 있고 이 틈이 빛을 통과할 수 있다고 주장합니다. 그들은 창문이 추운 날 당밀이 천천히 기어가는 것처럼 수년에 걸쳐 "흐른다"는 증거로 종종 물결 모양이고 고르지 않게 두꺼워 보이는 수백 년 된 집의 창문을 가리킬 수도 있습니다.

실제로 유리는 액체가 아닙니다. 그것은 무정형 고체 로 알려진 특별한 종류의 고체 입니다. 이것은 원자와 분자가 제자리에 고정되어 있지만 깔끔하고 질서 정연한 결정을 형성하는 대신 무작위로 배열되는 물질의 상태입니다. 결과적으로 유리는 고체처럼 기계적으로 단단하지만 액체처럼 분자 배열이 무질서합니다. 무정형 고체는 고체 물질이 고온에서 녹은 다음 빠르게 냉각될 때 형성됩니다. 이 과정을 담금질이라고 합니다.

여러 면에서 유리는 세라믹과 같으며 내구성, 강도 및 취성, 높은 전기 및 열 저항, 화학 반응성 부족과 같은 모든 속성을 가지고 있습니다. 시트 및 판유리, 용기 및 전구에서 볼 수 있는 상업용 유리와 같은 산화물 유리에는 또 다른 중요한 특성이 있습니다. 바로 가시광선으로 알려진 파장 범위에 투명하다는 것입니다. 그 이유를 이해하려면 유리의 원자 구조를 자세히 살펴보고 빛의 가장 작은 입자인 광자가 해당 구조와 상호 작용할 때 어떤 일이 발생하는지 이해해야 합니다.

우리는 다음에 그것을 할 것입니다.

첫째, 전자가 원자 의 핵을 둘러싸고 있으며 서로 다른 에너지 준위를 차지 한다는 사실을 상기하십시오 . 낮은 에너지 준위에서 높은 에너지 준위로 이동하려면 전자가 에너지를 얻어야 합니다. 반대로 높은 에너지 준위에서 낮은 에너지 준위로 이동하려면 전자가 에너지를 포기해야 합니다. 두 경우 모두 전자는 이산 묶음에서만 에너지를 얻거나 방출할 수 있습니다.

이제 광자가 고체 물질을 향해 이동하고 고체 물질과 상호 작용하는 것을 고려해 보겠습니다. 다음 세 가지 중 하나가 발생할 수 있습니다.

물론 유리는 이 마지막 범주에 속합니다. 광자는 유리 전자를 더 높은 에너지 수준으로 여기시키기에 충분한 에너지가 없기 때문에 물질을 통과합니다. 물리학자들은 때때로 에너지 띠로 알려진 영역에 에너지 준위가 함께 존재한다고 말하는 띠 이론의 관점에서 이것에 대해 이야기 합니다 . 이 밴드 사이에는 밴드 갭으로 알려진 영역이 있으며 전자의 에너지 준위가 전혀 존재하지 않습니다. 일부 재료는 다른 재료보다 밴드 갭이 더 큽니다. 유리는 그러한 물질 중 하나이며, 이는 전자가 한 에너지 밴드에서 다른 에너지 밴드로 건너뛰기 전에 훨씬 더 많은 에너지를 필요로 한다는 것을 의미합니다. 가시광 선의 광자— 보라색, 남색, 파란색, 녹색, 노란색, 주황색 및 빨간색 색상에 해당하는 400~700나노미터의 파장을 가진 빛은 이러한 건너뛰기를 일으킬 만큼 에너지가 충분하지 않습니다. 결과적으로 가시광선의 광자는 흡수되거나 반사되는 대신 유리를 통해 이동하여 유리를 투명하게 만듭니다.

가시광선보다 작은 파장에서 광자는 한 에너지 밴드에서 다른 에너지 밴드로 유리 전자를 이동하기에 충분한 에너지를 갖기 시작합니다. 예를 들어, 10에서 400 나노미터 범위의 파장을 갖는 자외선은 창유리의 유리와 같은 대부분의 산화물 유리를 통과할 수 없습니다. 이렇게 하면 건설 중인 가상 주택의 창문을 비롯한 창문이 목재가 가시광선에 대해 불투명한 것처럼 자외선에 불투명해집니다.

당신의 세계를 밝혀줄 더 많은 링크를 계속 읽으십시오.

최초 발행일: 2000년 6월 19일

관련 기사

더 좋은 링크