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天下文化首頁 主題 玻璃為什麼是透明的?
科學自然

發表日期

2016.09.09
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玻璃為什麼是透明的?



圖片來源:unsplash

玻璃是由矽原子和氧原子組成的。原子中央為原子核,包含質子和中子,周圍是數量不一的電子。比起原子的尺寸,原子核和電子都微不足道。假設原子是一座體育場,原子核就是場中央的一顆豆子,電子就是周圍看台上的沙粒。因此,原子內部(應該說所有物質內部)幾乎都是空的。換句話說,原子應該有許多空隙能讓光穿透,不會撞到電子或原子核,而事實也是如此。因此,真正的問題其實不是「玻璃為什麼是透明的?」而是「為何不是所有物質都是透明的?」

讓我們繼續使用體育場的比喻。在原子體育場內,電子只能占據看台上的某些位子,就好像大多數座位都移走了,只剩下幾排留著,而每個電子只能待在指定好的某一排。電子若想升等到更好的位子,就得多付錢,而所謂的錢就是能量。光穿透原子時會帶來大量能量,只要量夠,電子就會用它升等到更好的位子,也就是會把光給吸收,使光無法穿透物質。

不過,事情還另有蹊蹺。光的能量必須恰到好處,讓電子可以從現在的位子跳到其他空位上。能量太小,拿不到前一排的位子(也就是到前一排所需的能量太高),電子就無法升等,光也就不會被吸收。電子必須取得恰到好處的能量,才能在不同排的位子(稱為能態)之間移動,這是原子世界的基本法則,稱為量子力學。排與排之間的落差是特定的能量值,這稱為量子化。

玻璃裡的量子排列方式與眾不同,使得移動到空位的能量高於可見光,因此可見光無法讓電子升等座位,於是能直接穿過原子。這就是玻璃透明的原因。然而,紫外線之類的高能光就能讓電子升等,因此無法穿透玻璃。這就是為什麼玻璃能防曬,因為紫外線根本無法穿透玻璃碰到我們。木頭和石塊之類的不透明材質,擁有大量的便宜座位,因此可見光和紫外線都很容易被吸收。

摘自10種物質改變世界

10種物質改變世界

數位編輯整理:陳子揚
Photo:pixabay,CC0 Licensed.

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