Удивительный факт: стекло — это не жидкость, но как мы можем видеть сквозь него? Узнайте больше о его уникальных свойствах!

Стекло представляет собой аморфный материал, обладающий как интересными, так и странными свойствами. Но как оно ведет себя на атомном уровне? Почему мы можем видеть сквозь него? И что на самом деле такое стекло? Об этом рассказывает IFLScience.

Стекло – это жидкость или твердое тело?

В интернете иногда можно встретить мнение, что стекло на самом деле является жидкостью, а не твердым телом. Однако стекло движется настолько медленно, что это невозможно заметить. Обычно такое утверждение обосновывается тем, что витражи в старинных церквях толще внизу. Это происходит из-за того, что гравитация тянула стекло вниз на протяжении сотен лет. На самом деле у стекла много общего с жидкостью, но оно также обладает свойствами твердых тел. Таким образом, стекло точно не является жидкостью.

Существует множество видов стекла, но проще всего сосредоточиться на диоксиде кремния, который является основным компонентом большинства стекол. Если диоксид кремния нагреть достаточно, он расплавится и станет жидким. Но если его охладить достаточно быстро, то в отличие от других твердых тел, он не образует организованных кристаллических структур, состоящих из мелких кристаллов, собранных вместе.

По словам Филипа Гиббса из Калифорнийского университета в Риверсайде, США, по мере охлаждения жидкости ее вязкость увеличивается, что предотвращает кристаллизацию. Обычно, когда жидкость охлаждается до температуры ниже точки замерзания, образуются кристаллы, и она становится твердой. Однако иногда жидкость может остыть настолько, что останется в этом состоянии при температуре ниже точки плавления.

Ученый объясняет, что если вязкость жидкости продолжает расти при дальнейшем охлаждении, она может никогда не сформировать кристаллические структуры. Вязкость неуклонно увеличивается, и в конечном итоге жидкость превращается в аморфное твердое тело. Хотя молекулы располагаются беспорядочно, материал может оставаться в некоторой степени твердым.

В этом состоянии стекло обладает свойствами, схожими с характеристиками как жидкости, так и твердых тел. Однако стекло не течет как жидкость.

По словам Джона Мауро из Университета штата Пенсильвания, США, в течение относительно коротких периодов времени стекло проявляет свойства твердого тела. Но на протяжении очень длительных периодов времени, из-за его жидкости подобной структуры, этот материал подвергается процессу релаксации. Это непрерывный, но крайне медленный процесс, в ходе которого атомы в стекле постепенно перестраиваются в более стабильную структуру.

Аморфная структура стекла позволяет солнечному свету проходить через него без значительного рассеяния. Однако это не объясняет, почему стекло является прозрачным.

Почему мы можем видеть сквозь стекло?

Когда частицы света, или фотоны, попадают на твердый материал, этот материал может поглотить частицы света, и свет не выходит с другой стороны или не отражается. Однако фотоны также могут отражаться от твердых тел, когда они временно поглощаются, а затем выходят обратно.

В таких случаях, благодаря поглощению, свет не проходит через материал. Но свет может проходить через определенные материалы без изменений. Если фотоны не обладают достаточной энергией, чтобы заставить электроны перейти в более высокое энергетическое состояние, частицы света не поглощаются материалом, а проходят сквозь него.

В большинстве материалов видимого света достаточно, чтобы заставить электроны перейти в более высокое энергетическое состояние, поэтому они не являются полупрозрачными. Однако в стекле промежутки между возможными энергетическими состояниями достаточно велики, чтобы видимый свет не мог заставить электроны перейти на более высокий уровень.

Хотя стекло пропускает видимый свет, ультрафиолетового света достаточно, чтобы заставить электроны перейти на новый энергетический уровень. Поэтому многие длины волн света не проходят сквозь стекло, что придает стеклу свойства фильтрации ультрафиолетовых лучей.