Ho sentito dire che “dietro a un vetro quasi non ci si abbronza”. Dietro a un cristallo di quarzo invece sì perché i raggi U.V. possono attraversarlo. A cosa dovuto questo “apparentemente curioso” fatto? Mi piacerebbe sapere come la struttura elettronica di queste due sostanze (il vetro comune delle finestre e il quarzo) possa dare giustificazione di questo fatto.

Chimica  ·  Sostanze e proprietàViews: 2907

Il quarzo si differenzia dal vetro per due ragioni. 

 


  1. È una sostanza cristallina, mentre il vetro è una sostanza
    amorfa. 

  2. La sua composizione chimica è ben definita e stechiometrica. Il
    quarzo è chimicamente silice pura (SiO2), mentre il vetro è
    una miscela di silice e vari carbonati e ossidi metallici, il cui tipo
    e percentuale dipendono dal tipo di vetro con cui si ha a che fare. Va
    ricordato infatti che con il nome “vetri” si denominano una vasta gamma
    di solidi amorfi. Il vetro comune da finestra, ad esempio, è costituito
    dal 75% di silice, il 15% di CaCO3 e il
    10% di Na2CO3,
    più tracce di altri ossidi. Durante il processo di formazione del
    vetro questa miscela viene fusa e i carbonati perdono CO2,
    lasciando il corrispondente ossido nella massa fusa. 

Di questi due fattori, sicuramente la composizione chimica è molto
più importante per capire le proprietà ottiche del quarzo.
Per rendersi conto di questo basta osservare che esiste un particolare
tipo di vetro chiamato silice amorfa o silice fusa (fused silica) che ha
la stessa composizione chimica del quarzo, ma struttura amorfa. Tale materiale
è largamente usato nelle applicazioni ottiche nel vicino UV, essendo
trasparente in questa regione (il grado di trasparenza di questi materiali
dipende molto dalla loro purezza e qualità, quindi gli intervalli
di lunghezze d’onda in cui sono trasparenti può variare sensibilmente). 

Per ciò che riguarda la correlazione fra composizione chimica
e assorbimento di luce ultravioletta, questa è in genere piuttosto
empirica e si possono fare solo ragionamenti di tipo qualitativo. L’assorbimento
di luce visibile e UV dipende solitamente dall’assorbimento dei legami
chimici presenti nei materiali. Nel quarzo è presente solo un tipo
di legame chimico, quello fra silicio e ossigeno. Nel vetro sono presenti
invece diversi tipi di legami, essendo la sua composizione chimica più
complessa, ed è quindi ragionevole che assorba in una più
ampia regione dello spettro. Inoltre anche il carattere dei legami è
diverso. Il legame metallo-ossigeno ha in genere un carattere più
ionico del legame Si-O, e questo normalmente è associato ad assorbimenti
più intensi e a minor energia. Si può ricordare come i vetri
colorati si ottengano normalmente aggiungendo alla miscela vetrosa piccole
quantità di metalli di transizione. Il colore è in questo
caso dovuto alla presenza degli ioni del metallo, che fanno in modo che
il vetro assorba anche nel visibile.