Neredeyse Tüm Katı Unsurlar Matken Cam Nasıl Saydam Olabiliyor?
Günlük hayatımızda karşılaştığımız birden fazla katı cisim opak ya da yarı saydamdır. Taş yahut ahşap üzere birçok katı husus, ışığı öbür tarafa geçirmez ve artlarında ne olduğunu göremeyiz. Sıvı maddelerin ise büyük kısmı saydamdır.
Cam ise katı unsurlar ortasında alışılmışın dışında bir örnektir. Şeffaf yapısı ile ışığı geçebilir ve içindekileri, gerisindekileri görmemizi sağlar. Bu nedenle de cam eşyalar günlük hayatımızın ayrılmaz birer modülüdür. Peki hiç cam kadar katı ve dayanıklı bir şeyin ışığı nasıl geçirebildiğini merak etmiş miydiniz?
Cam, topraktan yapılmıyor muydu? Toprak saydam değilken cam nasıl saydam olabiliyor?
Cam, toprağın içinde yer alan sülfür dioksitten yapılıyor. Hasebiyle toprak, bu gerecin elde edilebilmesi için öncelikle çeşitli süreçlerden geçirilmiş yahut birtakım kimyasallarla karıştırılmış oluyor. Daha sonra elde edilen ham hususun yüksek sıcaklıklara maruz kalmasıyla cam oluşuyor.
Her şey Dünya’nın kabuğunda başlıyor. Burada en yaygın olan iki element olan silikon ve oksijen birbirleri ile yansımaya girerek silikon dioksiti oluşturur.
Silikon dioksite dönüşürken bu moleküller kuvars denilen düzgün bir kristal oluşturacak halde kendilerini düzenler. Kumda bulunan taneciklerin birçok aslında kuvarstır.
Ancak kuma baktığınızda saydam bir şeyle karşılaşmazsınız. Zira bu kuvars kristallerinin yapısındaki sert biçimli tanecikler ve küçük bozulmalar, çarpan ışığı hem yansıtır hem de yayarlar. Yani opak özellik gösterebilirler.
Silikon dioksit yüksek derecelerde ısıtıldığında, tıpkı sıvılar üzere moleküllerin her türlü boşluğu doldurabildiği, sıvının karışık yapısına benzeyen bir katı gerece dönüşür.
Kuvars yüksek derecelerde ısıtıldığında enerji moleküllerini bir ortada tutan bağlar kopana kadar titrer ve böylelikle akıcı bir sıvıya dönüşür. Bir defa sıvı hale gelen silikon dioksit ise tekrar kristale dönüşmez. Moleküller güç kaybettikçe, tertipli şekilde yani katı formda hareket etme yeteneğini kaybeder ve artık soğumaya başlasa bile şekilsiz katı denilen bir forma dönüşür.
Böylece camın yüzeyi mikroskobik düzeyde tektip hale getirir ve ışığın farklı istikametlere yayılmadan çarpmasını sağlar. Fakat bu durum neden ışığın birçok katıda olduğu üzere absorbe edilmediğini, bunun yerine camın içinden geçebildiğini açıklamak için kâfi değil.
Camın neden saydam olduğunu anlayabilmek için atom altı seviyeye kadar bakmamız gerekiyor.
Atom, etrafında elektronların dolandığı bir çekirdeğe sahiptir. Lakin bu kısmın çoğunluğu boşluklardan oluşmaktadır. Hatta bir atom, stadyum büyüklüğünde olsaydı ortasındaki çekirdeği neredeyse bir bezelye boyutunda, elektronlar ise çok uzaklardaki kum taneleri kadar olurdu. Bu da ışığın o partiküllere çarpmadan geçebilmesi için kâfi boşluk bırakıyor.
Her atomun içi bu kadar boşlukla doluysa asıl sormamız gereken “Cam neden saydam?” değil, “Neden tüm malzemeler saydam değil?” olmalı.
Bu soruya yanıt verebilmek için elektronların sahip olabileceği farklı enerji düzeylerine bakmamız gerekiyor. Bunları da stadyumdaki oturma sıraları olarak düşünelim. Bir elektrona başta oturması için bir sıra verilir, lakin makul bir güce ulaşırsa daha düzgün bir sıraya geçebilir.
Daha âlâ bir sıraya geçmeyi sağlayan bilet ise bu ışık fotonlarından birini absorbe etmekten geçiyor. Böylelikle elektron gereksinim duyduğu güce ulaşıyor. Lakin bu fotonun tam olarak elektrona gereken ölçüde bir güç sağlaması lazım. Yoksa foton tekrar yalnızca geçip gidecektir.
Morötesi ışıktaki fotonlar ise tam da istenilen ölçüde enerjiyi verir ve absorbe edilirler, bu yüzden bronzlaşmak istiyorsanız camın arkasında güneşlenemezsiniz.
Hem katı hem de saydam olabilmeyi sağlayan bu süper özellik, camın yüzyıllar boyunca farklı formlarda kullanılmasını sağlamıştır. Tabiatın kuvvetli kaidelerini dışarıda tutup, ışığı içeriye alan pencerelerimizden; cihanın derinliklerindeki gezegenleri ve çok küçük boyutlardaki canlıları görmemizi sağlayan merceklere kadar.
Tam da bu yüzden modern hayatı cam olmadan hayal etmek neredeyse imkansız.