Assalamualaikum...
Kaca adalah amorf (non kritalin)
material padat yang bening dan transparan (tembus pandang), biasanya
rapuh. Jenis yang paling banyak digunakan selama berabad abad adalah
jendela dan gelas minum. Kaca dibuat dari campuran 75% silikon dioksida (SiO2) plus Na2O, CaO, dan beberapa zat tambahan. Suhu lelehnya adalah 2.000 derajat Celsius.
Mengapa kaca pada jendela bisa lebih transparan daripada dinding dari semen dan beton
yang mengelilinginya?
Padahal mereka sama-sama zat padat, dan sama-sama
dapat melindungi kita dari hujan dan angin. Namun, mengapa dinding
tidak dapat dilalui oleh cahaya sedangkan kaca bening dan transparan
sehingga memungkinkan sinar matahari masuk tanpa hambatan?
Kaca tersusun oleh komponen utama pasir kuarsa (yang banyak mengandung
atom Si dan O) dan batuan kapur/limestone (yang banyak mengandung atom
Ca). Pada saat masih berupa pasir kuarsa memang berwarna seperti pasir
biasa, hanya agak mengkilat, apalagi batu kapur, jelas tidak bening sama
sekali. Namun pada saat pembuatan kaca pada suhu pembakaran (di dalam
furnace) yang sangat tinggi (sekitar 2000 derajat Celcius), campuran
pasir kuarsa dan batu kapur mengalami reaksi kimia sehingga menyebabkan
perubahan struktur tingkat molekul, hal ini menyebabkan
molekul-molekulnya mencapai fase (formasi crystaline).
Pada fase
crystaline ini kaca mempunyai susunan molekul yang rapi dan teratur
sehingga teramati sifat fisis yakni tembus oleh cahaya atau bening
(transparent) oleh karena susunan molekulnya yang sangat teratur
tersebut. Setelah mencapai suhu crystaline dan molekul-molekulnya
menyusun diri menjadi teratur, kemudian kaca dapat dicetak dan
didinginkan. Setelah dingin, molekul-molekul kaca akan tetap pada
formasi crystaline-nya, hal ini yang menyebabkan kaca berwarna
bening/tranparent (crystal clear).
Lebih lengkapnya lagi mengenai penjelasan ini, yuuk ikuti pemaparan berikut,
Seperti telah dijelaskan diatas, kaca
adalah jenis khusus dari zat padat yang dikenal sebagai zat padat
amorf. Yaitu keadaan suatu materi dimana atom dan molekul terkunci pada
tempatnya, tapi tidak tersusun dengan rapi sebagai kristal yang teratur,
melainkan tersusun secara acak. Akibatnya, kaca secara mekanis kaku
seperti zat padat, namun memiliki susunan molekul yang tidak teratur
seperti zat cair. Zat padat amorf ini dapat terbentuk ketika suatu zat
padat dicairkan pada suhu yang tinggi dan kemudian didinginkan dengan
cepat.
Kaca
memiliki banyak keunggulan dibanding material lainnya. Seperti sifatnya
yang dapat menghambat listrik, tahan terhadap panas yang tinggi dan
tidak mudah bereaksi secara kimia.
Namun, kaca oksida, seperti kaca
komersial yang anda temukan pada kaca jendela atau gelas, piring,
mangkuk dan bola lampu, memiliki sifat lain yang lebih penting yaitu
transparan terhadap berbagai panjang gelombang yang dikenal sebagai
cahaya tampak.
Untuk memahami mengapa kaca dapat menjadi terlihat bening
dan transparan, kita harus melihat lebih dekat pada struktur atom dari
kaca dan memahami apa yang terjadi ketika foton, yaitu partikel terkecil
cahaya, berinteraksi dengan struktur atom kaca.
Seperti kita ketahui bahwa elektron mengelilingi inti dari sebuah atom,
dan menempati tingkat energi yang berbeda. Untuk pindah dari tingkat
energi yang rendah ke tingkat energi yang lebih tinggi, elektron harus
mendapatkan energi. Sebaliknya, untuk pindah dari tingkat energi yang
lebih tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah, elektron harus
melepaskan energi.
Ketika foton bergerak mengenai dan berinteraksi dengan zat padat, akan terjadi salah satu dari tiga hal berikut:
- Zat padat menyerap foton.
Hal ini terjadi ketika foton melepaskan energinya pada sebuah elektron yang terletak dalam zat padat. Berbekal tenaga ekstra ini, elektron dapat pindah ke tingkat energi yang lebih tinggi, sedangkan foton akan menghilang. - Zat padat memantulkan foton.
Untuk melakukan hal ini, foton melepaskan energinya juga, tetapi kemudian foton dengan energi yang identik akan dipancarkan kembali. - Zat padat memungkinkan foton untuk melewatinya tanpa berubah.
Dikenal juga sebagai transmisi, hal ini terjadi karena foton tidak berinteraksi dengan elektron apapun dan meneruskan perjalanannya sampai berinteraksi dengan obyek lain.
Kaca,
masuk ke dalam kategori terakhir. Kebanyakan foton melewati kaca karena
foton tidak memiliki energi yang cukup untuk merangsang elektron kaca
ke tingkat energi yang lebih tinggi.
Foton dari cahaya yang tampak,
yaitu cahaya dengan panjang gelombang 400 sampai 700 nanometer, yang tampak dengan warna
ungu, nila, biru, hijau, kuning, jingga dan merah, tidak mempunyai
energi yang cukup untuk menyebabkan perpindahan elektron ini.
Akibatnya,
foton dari cahaya tampak ini melalui kaca dan tidak diserap atau
dipantulkan, membuat kaca terlihat bening dan transparan.
Pada
panjang gelombang yang lebih kecil dari cahaya tampak, foton mulai
memiliki energi yang cukup untuk memindahkan elektron kaca dari satu
tingkat energi ke tingkat energi yang lain. Misalnya, sinar ultraviolet,
yang memiliki panjang gelombang berkisar antara 10 sampai 400
nanometer, tidak dapat melewati kaca oksida, seperti kaca di kaca
jendela. Hal ini membuat jendela, menjadi tidak dapat ditembus oleh
sinar ultraviolet seperti dinding yang tidak dapat ditembus oleh cahaya
tampak.
Semoga bermanfaat,
Wassalamualaikum... Wr, Wb.
Referensi :
3 Comments