Modern toplumda cam, pencere, bardak, şişe ve hatta ayna gibi birçok yaygın eşyada kullanılan vazgeçilmez bir malzemedir. Kuvars kumu ve üretiminde kullanılan soda ve kireç biraz opak ve sarımsı görünse de, cam nedense berraktır.
Camın şeffaflığını iki faktör açıklamaktadır: Birincisi, cam son derece homojendir, ışık saçılmasına neden olacak herhangi bir tane veya malzeme sınırı yoktur. İkincisi, camdaki elektronlar görünür ışıkla zayıf bir etkileşime sahiptir. Dolayısıyla ışık parçacıkları camın içinden neredeyse hiç etkilenmeden geçebilir.
Dondurulmuş Aşırı Soğutulmuş Sıvı
Camın yapısı onu diğer malzemelerden ayırır; bilim insanları onu "donmuş aşırı soğutulmuş sıvı" olarak tanımlar. Camdaki atomlar ve moleküller, kristallerdeki gibi düzenli bir kafes yapısına sahip değildir. Bu yüzden aralarında hiçbir zaman boşluk bulunmaz.
Ancak nanobilimciler, camın moleküler yapısındaki boşluklar nedeniyle şeffaf olduğuna dair yaygın kanının yanlış olduğunu savunuyor. Atomların bir katının içinde nasıl düzenlendiğini anlamak çok önemlidir. Elektronların dağılımı, aynı zamanda en belirleyici faktör olan bu düzenleme tarafından belirlenir.
Elektronlar ile Etkileşim
Bir atomun normal ya da toprak durumunda, negatif yüklü elektronlar pozitif yüklü çekirdeğin yörüngesinde dolanır. Bu nedenle minimum enerji durumundadırlar. Bu, yerde hareketsiz duran bir cisim gibidir. Işık bu nesneye çarptığında, ışığın fotonları ve nesnenin elektronları kuantum mekaniksel olarak etkileşime girer.
Işığın enerjisi elektronlara aktarılır ve onları daha yüksek, daha enerjik bir yörüngeye iter. Yerde duran nesne artık kanepenin üzerinde yatmaktadır. Ancak ışık parçacığı bu süreçte emilir. Bu gerçekleştiğinde nesne gözle opak olarak görülür.
Bağlı Elektron Hakkında
Ancak cam için durum böyle değildir. Çoğu camın çok güçlü elektron veya kimyasal bağları vardır, bu da sadece çok yüksek enerjili radyasyonun (UV veya X Işını gibi) bunları kırabilmesini sağlar. Silisyum dioksitten yapılmış camlarda, moleküllerdeki elektronlar o kadar güvenli bir şekilde tutulur ki görünür ışık tarafından uyarılamazlar. Bu nedenle cam bize şeffaf görünür çünkü foton emilmez ve neredeyse hiç değişmeden içinden geçer.
Işık, zayıf bağlı elektronlara sahip maddeler içeren kusurlar veya kasıtlı cam ilaveleri tarafından emilebilir. Bu nedenle cam çeşitli renklere bürünebilir. Metal oksitler genellikle renklendirme ilavesi olarak kullanılır ve parlak mavi, sarı veya yeşil şişeler, kilise pencereleri veya cam vazolar ortaya çıkar.
