لماذا يبدو الزجاج شفافا؟

الزجاج هو مادة صلبة غير عضوية، عادة ما تكون شفافة أو نصف شفافة، صلبة، سهلة الانكسار، غير نافذة للمواد الطبيعية.

بالرغم من أنه استعمل منذ القدم إلا أنه لا يزال مهم جدا في استعمالات شتى، مثل المباني والأدوات والأواني المنزلية ومعدات الاتصالات السلكية. وتختلف أنواع الزجاج اختلافا شاسعا باختلاف مكوناتها وخصائصها الفيزيائية.

الأصل في الزجاج الذي تنشق منه الأنواع الأخرى الشفاف، الذي يعد أكثر شهرة واستعمالا كونه زجاج صافي الشفافية، عديم اللون، يمر من خلاله الضوء وينتشر، ذو صلابة عالية، مقاوم للاحتكاك او الخدش.

الجميع يعتقد أنّ هذا النوع من الزجاج سائل لزج في الأصل، و أنّ الذرات فيه منتشرة بشكل متباعد عن بعضها البعض وأنّ هذه الفراغات تسمح للضوء بالمرور خلالها، لكن في الواقع ليس سائلاً على الإطلاق بل هو نوع خاص من المواد الصلبة تعرف باسم المواد الصلبة غير المتبلورة.

تبقى الذرات والجزيئات في هذه الحالة للمادة (الصلبة) في مكانها، وعوضاً عن تشكيل بلورة منتظمة ومرتبة تتجمع بشكل عشوائي وترتيب ذراتها عشوائي حيث تظهركالمواد السائلة. تتشكل المواد الصلبة غير المتبلورة عند صهر مادة صلبة بدرجات حرارة مرتفعة ثم تبريدها بسرعة، وتعرف هذه العملية باسم “التسقية”.

يتكون الضوء من جسيمات تدعى الفوتونات والتي عندما تصطدم بالأشياء تحدث ثلاث ظواهر: الانعكاس، والامتصاص، والإصدار. ينعكس 4% فقط من الفوتونات عند اصطدام الضوء بالزجاج، وبعضها يُمتص مما يعني أن الفوتونات ستتفاعل مع الذرات /الجزيئات المكونة للزجاج وهذه الطاقة تعمل على تسخينه.

ومعظم الفوتونات يتم إصدارها، ففي حال كانت الذرات /الجزيئات للمادة لا تملك “طاقة الانتقال من المدار” التي تطابق طاقة الفوتون فإن الفوتون سيتم امتصاصه وإعادة إصداره من قبل الذرات/الجزيئات.

والفرق الهام بين الزجاج والمواد العاتمة كالخشب أن الانتقالات الطاقية في الزجاج تتناسب مع طاقة الفوتونات المرئية. لذلك فإن الفوتونات تُمتص ويُعاد إصدارها من قِبل كل الذرات التي تصطدم بها، وعليه فإن معظم الضوء الساقط على الزجاج يتم إصداره مرة أخرى، وهذه الخاصية الفريدة هي التي تجعل الزجاج شفافاً.