Esa ventana de vidrio está haciendo lo que mejor sabe hacer:mantener afuera las inclemencias del tiempo y, al mismo tiempo, permitir el paso de la luz. Comstock / Thinkstock ¿Alguna vez has visto cómo se construye una casa? Los carpinteros primero erigen el esqueleto básico de la estructura con postes de dos por cuatro. Luego clavan el revestimiento, generalmente madera contrachapada, a los montantes para hacer paredes. La mayoría de las paredes incluyen una ventana que se abre, que sostiene una hoja de vidrio situada dentro de un marco. Las ventanas hacen que una casa se sienta luminosa cálidas y acogedoras porque dejan entrar la luz. Pero, ¿por qué una ventana de vidrio debería ser más transparente que la madera que la rodea? Después de todo, ambos materiales son sólidos, y ambos evitan la lluvia, nieve y viento. Sin embargo, la madera es opaca y bloquea la luz por completo, mientras que el vidrio es transparente y deja pasar la luz del sol sin obstáculos.
Es posible que haya escuchado a algunas personas, incluso algunos libros de texto de ciencias, tratar de explicar esto diciendo que la madera es un verdadero sólido y que el vidrio es un líquido muy viscoso. Luego continúan argumentando que los átomos en el vidrio están más separados y que estos espacios dejan pasar la luz. Incluso pueden señalar las ventanas de casas centenarias, que a menudo se ven onduladas y desigualmente gruesas, como prueba de que las ventanas han "fluido" a lo largo de los años como el lento arrastre de la melaza en un día frío.
En realidad, el vidrio no es un líquido en absoluto. Es un tipo especial de sólido conocido como sólido amorfo . Este es un estado de la materia en el que los átomos y las moléculas están bloqueados en su lugar, pero en lugar de formar ordenado, cristales ordenados, se ordenan al azar. Como resultado, los vidrios son mecánicamente rígidos como los sólidos, sin embargo, tienen la disposición desordenada de moléculas como líquidos. Los sólidos amorfos se forman cuando una sustancia sólida se funde a altas temperaturas y luego se enfría rápidamente, un proceso conocido como temple .
De muchas maneras, los vasos son como la cerámica y tienen todas sus propiedades:durabilidad, fuerza y fragilidad, alta resistencia eléctrica y térmica, y falta de reactividad química. Vidrio de óxido, como el vidrio comercial que se encuentra en vidrio laminado y plano, contenedores y bombillas, tiene otra propiedad importante:es transparente para un rango de longitudes de onda conocido como luz visible. Para entender por qué debemos observar más de cerca la estructura atómica del vidrio y comprender qué sucede cuando los fotones, las partículas más pequeñas de luz, interactúan con esa estructura.
Lo haremos a continuación.
Primero, recuerde que los electrones rodean el núcleo de un átomo, ocupando diferentes niveles de energía. Para pasar de un nivel de energía más bajo a uno más alto, un electrón debe ganar energía. Al contrario, para pasar de un nivel de energía más alto a uno más bajo, un electrón debe ceder energía. En cualquier caso, el electrón solo puede ganar o liberar energía en paquetes discretos.
Ahora consideremos un fotón que se mueve hacia una sustancia sólida e interactúa con ella. Puede suceder una de tres cosas:
Vidrio, por supuesto, entra en esta última categoría. Los fotones atraviesan el material porque no tienen suficiente energía para excitar un electrón de vidrio a un nivel de energía más alto. Los físicos a veces hablan de esto en términos de teoría de la banda , que dice que los niveles de energía existen juntos en regiones conocidas como bandas de energía . Entre estas bandas hay regiones, conocido como huecos de banda , donde los niveles de energía para los electrones no existen en absoluto. Algunos materiales tienen espacios de banda más grandes que otros. El vidrio es uno de esos materiales, lo que significa que sus electrones requieren mucha más energía antes de que puedan saltar de una banda de energía a otra y viceversa. Fotones de luz visible:luz con longitudes de onda de 400 a 700 nanómetros, correspondiente a los colores violeta, índigo, azul, verde, amarillo, naranja y rojo:simplemente no tiene suficiente energía para causar este salto. Como consecuencia, los fotones de luz visible viajan a través del vidrio en lugar de ser absorbidos o reflejados, Haciendo el vidrio transparente.
En longitudes de onda más pequeñas que la luz visible, los fotones comienzan a tener suficiente energía para mover electrones de vidrio de una banda de energía a otra. Por ejemplo, luz ultravioleta, que tiene una longitud de onda de 10 a 400 nanómetros, no puede atravesar la mayoría de los cristales de óxido, como el vidrio en el cristal de una ventana. Esto hace una ventana incluyendo la ventana de nuestra hipotética casa en construcción, tan opaco a la luz ultravioleta como la madera a la luz visible.
Siga leyendo para obtener más enlaces que iluminarán su mundo.
Publicado originalmente:19 de junio de 2000
