Perché il vetro è trasparente ?

Eccoci a una domanda semplice che ha una risposta molto complessa, tra quanti di energia, strutture liquide ad alta viscosità e altre cose interessanti.

Per comprendere meglio il motivo della trasparenza, occorre precisare che la “Luce visibile” è una ristretta porzione delle onde elettromagnetiche, che viene percepita dagli esseri umani attraverso gli occhi. Le lunghezze d’onda tra 400 nm e 700 nm sono visibili dall’occhio umano sotto forma di luce colorata. Al limite inferiore, cioè a frequenze molto elevate, ci sono i raggi ultravioletti. Al limite superiore, cioè a frequenze più basse, ci sono gli infrarossi, percepiti come calore dal nostro corpo.

Ricordiamo che Frequenza = 1/lunghezza d’onda

I responsabili della trasmissione di luci e colori sono i fotoni, particelle ricche di energia che interagiscono con gli oggetti (e con la nostra retina) e riescono a muovere gli elettroni presenti negli atomi. Esiste una relazione tra la frequenza di onda eletromagnetica dei fotoni e la loro energia: più ci si avvicina agli ultravioletti e più i fotoni sono energetici.

In pratica se un fotone possiede abbastanza energia, riesce a dare una spinta a un elettrone e lo “promuove” a un livello di energia superiore. In questo caso il fotone viene assorbito dal materiale, perciò il materiale è opaco alla luce. Ma gli atomi non sono tutti uguali. Ci sono atomi dove gli elettroni sono liberi di muoversi tra i livelli di energia (ricordiamo che gli elettroni si muovono per “quanti” di energia) perché hanno a disposizione un gran numero di livelli energetici consentiti. In altri atomi tra un livello di energia e il successivo ci sono dei “salti” e gli elettroni hanno bisogno di maggiore energia per essere spostati. In questo caso un fotone di passaggio, non riuscirà a interagire con un elettrone e passerà attraverso il materiale.

Nel vetro accade questo e altro. La particolare disposizione degli atomi rende difficile mettere in movimento gli elettroni, consentendo ai fotoni di passare attraverso. In più, la struttura del vetro è simile a quella di un liquido, (cioè le molecole sono disposte in modo distante tra loro) e questo favorisce un passaggio di luce visibile quasi privo di attenuazioni. Per essere precisi si può dire che il vetro è un liquido molto viscoso, in cui le forze di legame presenti nella sua struttura, sono così intense da renderlo praticamente solido.

Ma cosa succede se i fotoni non appartengono alle lunghezze d’onda della luce visibile? Succede che il vetro non è più trasparente.

Infatti i raggi ultravioletti, con la loro energia più elevata, riescono a interagire con gli elettroni del vetro e ne vengono assorbiti. Risultato, il vetro assorbe la moggior parte dei raggi UV presenti nella luce. Anche i raggi infrarossi vengono assorbiti dal vetro, questa volta non per la loro alta energia, ma perché la loro particolare frequenza riesce a interagire con le molecole in vibrazione.

Difficile? Forse. Fantastico? Sicuramente.

Naturalmente esistono vetri progettati per lasciar passare anche i raggi infrarossi o ultravioletti, ma in generale i vetri che usiamo abitualmente, sono “trasparenti” solo alla luce visibile.