Een vogel vliegt tegen het raam. Ik kijk snel naar buiten om te zien of hij oké is. Ik zie de buurvrouw: ze staat achter de gordijnen door het raam te loeren. Heel goed kan ik haar niet zien, want op mijn brillenglazen zit een afdruk van een hondenneus. De vogel zit versuft op het tuinhek, zich afvragend waar ineens die onzichtbare muur vandaan kwam. Gerustgesteld ga ik weer achter het beeldscherm van de pc zitten. Eerst mijn brillenglazen poetsen, voor ik verder kan…
Waarom is glas transparant? Die betoverende eigenschap maakt glas bijna uniek onder de vaste stoffen. Veel gassen zijn doorzichtig, water is doorzichtig, maar vaste stoffen zijn dat meestal niet. Sommige plastics, en – onder bepaalde voorwaarden – ijs zijn uitzonderingen op de regel. Houtsoorten, bijna alle steensoorten, metalen, verreweg de meeste kunststoffen, nagenoeg alle materialen in de natuur zijn opaak, oftewel niet doorzichtig. Glas is anders. Het is keihard, en toch zie je het amper. Hoe kan dat?
Een glazen bol met transparant en opaak glas, waardoor de witte bloemen lijken te zweven.
Het klinkt gek, maar eigenlijk is dat de verkeerde vraag. Als je inzoomt op moleculair niveau – dus als je gaat kijken naar de kleinste delen waaruit materialen zijn opgebouwd – dan zou je eigenlijk verwachten dat alle stoffen doorzichtig zouden zijn. Waarom? Nu hierom:
Voor wie het nodig heeft, een korte herhaling van de brugklas scheikundeles: Als je glas – of elke andere willekeurige stof – eindeloos in tweeën blijft breken, dan kom je uiteindelijk uit op de bouwstenen die we moleculen noemen. Deze kun je nog verder delen, maar dan is het geen glas meer: dan kom je uit bij de losse atomen. Deze atomen zijn op hun beurt weer opgebouwd uit kernen, met daaromheen de elektronen.
Nu komt het hele bijzondere: de ruimte die de kernen en de elektronen innemen ten opzichte van de lege ruimte in de moleculen is bijzonder klein. Bijzonder klein is eigenlijk een understatement: 1 deel op de miljoen delen van de ruimte wordt opgevuld door massa. De rest is geheel leeg. Om een idee te geven van de verhouding, stel je een bol voor van 1 km doorsnede: een zandkorrel van 1 mm doorsnede bestaat dan uit massa, de rest is leeg. Voor meer uitleg, zie wikipedia.
Als je het zo bekijkt, dan is het dus erg bijzonder dat je niet door hout, metaal of steen kunt kijken. Hoe komt het dat licht niet voorbij de massa komt, terwijl er zoveel lege ruimte is?
Nu, de elektronen zitten in banen (of schillen) rondom de kern. Als een lichtdeeltje in de buurt komt van zo’n elektron, en het een lichtdeeltje heeft exact de juiste energie (niet te veel, niet te weinig), dan kan het elektron in een andere baan (schil) springen, met een hogere energie. Als het elektron weer terugvalt, komt het lichtdeeltje weer vrij. De richting van het deeltje is dan veranderd: het kaatst terug. Dit gaat zeer snel (met de snelheid van het licht). De energie die vrijkomt bij het terugvallen, bepaald de kleur van een object. Je ziet dus licht afketsen op hout, steen of metaal.
Een glazen vaas met glazen bloemen: transparant en opaak glas samen gebruikt. Dat geeft extra diepte en glans.
Waarom is glas dan wel transparant? Kleurloos glas laat zichtbaar licht door: de banen (of schillen) liggen zo ver uiteen, dat de hoeveelheid energie van zichtbaar licht simpelweg niet hoog genoeg is. Er is voor de elektronen in glas zoveel energie nodig, dat alleen met ultraviolet (UV) licht de sprong naar een andere baan gemaakt kan worden. Glas laat dus geen UV licht door (daarom word je niet bruin als je achter glas in de zon gaat zitten).
Dat is dus waarom glas transparant is! De logische vervolgvraag is dan de vraag naar gekleurd glas. Glas krijgt kleur door het toevoegen van metaaloxiden, zoals je hier kunt lezen. Het is dus een extra stof die je toevoegt die zorgt voor de kleur, en niet het glas zelf.
Een andere vraag, voor een andere keer, is waarom heet glas (net als heet metaal) licht gaat geven? Ook dit heeft te maken met lichtdeeltjes (fotonen) die terugvallen in een lagere energiebaan. Daarover in het volgende blog meer!
Letterlijk gloeiend heet glas: door de hitte gaat glas licht geven!
