luz
O vidro é tão comum que a maioria de nós não lhe dá a mínima importância. O que há no vidro, porém, que o torna transparente? Por que podemos ver através de um vidro e não através da moldura de madeira que o envolve?
Provavelmente, você já reparou que a maioria dos líquidos e gases é transparente. A água, o óleo de cozinha, o álcool caseiro, o ar, o gás natural, etc. são todos transparentes. Isso se deve a uma diferença fundamental entre sólidos, líquidos e gasosos. Quando uma substância se encontra no estado sólido, normalmente suas moléculas estão altamente organizadas em relação umas às outras, fortalecendo o vínculo entre elas e dando rigidez à substância. Quando a substância muda de sólida para líquida, porém, a força dessa união enfraquece e as moléculas começam a se alinhar aleatoriamente. Se seguirmos a progressão de uma substância para um gás, vemos que a união molecular está altamente enfraquecida e a relação das moléculas umas com as outras é quase que completamente aleatória.
Essa progressão de organização ordenada para aleatória é a razão primária pela qual a luz pode passar através de líquidos e gases. Assim como tijolos precisamente empilhados uns sobre os outros, as moléculas ordenadas da maioria dos sólidos são virtualmente impenetráveis às ondas de luz. Dependendo da substância, as ondas de luz serão refletidas, espalhadas, absorvidas ou, mais provavelmente, uma combinação das três. À medida, porém, que a substância muda para líquido ou gás e as moléculas não estão mais empilhadas precisamente, falhas e buracos ocorrem e permitem que partes das ondas de luz atravessem. Quanto mais aleatória a organização molecular da substância, mais fácil é para a luz atravessar.
Outro fator acontece no nível subatômico. Os átomos que se unem para formar as moléculas de qualquer substância particular têm elétrons, geralmente muitos deles. Quando os fótons entram em contato com esses elétrons, pode ocorrer o seguinte:
  • um elétron absorve a energia do fóton e transforma-a (geralmente em calor);
  • um elétron absorve a energia do fóton e armazena-a, isso pode resultar em luminescência (chamado de fluorescência se o elétron armazena a energia por um curto período e de fosforescência se ele a armazena por um longo período);
  • um elétron absorve a energia do fóton e envia-a de volta pelo caminho de onde ela veio (reflexão);
  • um elétron não pode absorver a energia do fóton e, nesse caso, o fóton continua seu caminho (transmitido).
o que torna o vidro transparente
© istockphoto.com / Ettore Marzocchi
Na maior parte do tempo, ocorre uma combinação do descrito acima em relação ao que acontece com a luz que atinge um objeto. Os elétrons de diferentes materiais variam o alcance de energia que podem absorver. Muitos vidros, por exemplo, bloqueiam os raios de luz ultravioleta (UV). O que ocorre é que os elétrons no vidro absorvem a energia dos fótons no alcance do UV enquanto ignoram a energia mais fraca dos fótons no espectro de luz visível. Se os elétrons absorvem a energia de qualquer porção do espectro visível, a luz transmitida parecerá colorida, de acordo com a porção do espectro absorvido. De fato, a cor de qualquer objeto é um resultado direto dos níveis de energia que os elétrons na substância absorverão.
Ainda que formas de vidro comoobsidiana ou vidro vulcânicopossam ocorrer naturalmente, o vidro geralmente é uma substância manufaturada. Veja o processo básico de fabricação do vidro:
  • pegue o material de vidro mais comum, a sílica, que é simplesmente areia, como a que você encontra na praia
  • aqueça-a a uma temperatura extrema até que ela se torne líquida, e depois resfrie-a
A substância resultante tem uma estrutura molecular muito aleatória como um líquido, contudo, retém o forte vínculo e a rigidez de um sólido. Essa é uma simplificação do processo. Geralmente, você acrescenta ambos, uma substância que derrete a sílica mais rapidamente e alguma coisa a mais para estabilizá-la para que o vidro não se torne frágil em excesso e se quebre facilmente. A temperatura, o tempo de aquecimento e o método de resfriamento devem ser bastante exatos.
Os materiais usados na fabricação do vidro se resfriam para formar uma mistura amorfa de moléculas (como um líquido) e ter elétrons que não absorvem a energia dos fótons no espectro visível. É por isso que você pode ver através do vidro, mas não da madeira, metal ou pedra, que são todos sólidos.
Um método similar, chamado têmpera, é usado com plásticos para torná-los transparentes ou translúcidos A têmpera faz com que os polímeros(moléculas de cadeia longa) no plástico se assentem em um padrão aleatório, que permite que a luz atravesse. Você pode até usar esse processo com substâncias orgânicas. Doces transparentes ou translúcidos são criados aquecendo-se os ingredientes da receita e depois resfriando-os rapidamente.
Note que o vidro transparente, o plástico transparente e o doce transparente são todos sólidos que são derretidos e, depois, resfriados. O mesmo processo!
Milhares de diferentes substâncias são usadas para fazer várias formas de vidro. A quantidade de luz e o tipo de luz transmitida dependem do tipo e da pureza da substância usada. A sílica, em sua forma mais pura, transmite bem a luz. Muito pouco da onda de luz é absorvido, mas parte dela geralmente é refletida. Olhe para qualquer janela e você verá que isso é verdade.
Outros materiais usados para fazer vidro podem transmitir ou bloquear tipos específicos de luz, como os raios de luz ultravioleta ou mesmo partes do espectro visível. Você provavelmente já viu vidro preto ou de alguma outra cor opaca. Geralmente, a cor é causada por partículas microscópicas suspensas no vidro, como as impurezas em alguns líquidos e gases das quais falamos. Outra maneira de mudar as propriedades do vidro, como a filtragem de comprimentos de onda de luz específicos, é diminuir o processo de resfriamento o bastante para permitir que as moléculas cristalizem. E, finalmente, alguns materiais são escolhidos porque podem ser moldados e feitos para transmitir e/ou refratar a luz em utilizações específicas, como as lentes de óculos de sol ou uma lente de aumento.