Frage & Antwort

Frage & Antwort, Nr. 17 Warum ist Glas durchsichtig?

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(Foto: picture alliance / dpa)

Warum sind ist zwei cm Glas durchsichtig, obwohl es so hart und dicht ist, während eine dünne Metallfolie wie Alufolie etc. undurchsichtig ist? In beiden Fällen sind die Atome doch ähnlich dicht gelagert und bestehen jeweils aus dem Kern, viel "nichts" und weit draußen der Elektronenhülle? (fragt Mick aus München)

Tja, also ähm... Doch während wir noch über den Kern der Frage nachdenken, pflichtet Dr. Hagemann von Schott bereits bei: "Sie haben recht. Die Transparenz eines Materials hat demnach nichts mit seiner Dichte oder dem Abstand der Atome zu tun hat. Entscheidend ist, wie stark die Elektronen an die Atomkerne gebunden sind."

Manches schwingt, manches nicht

"Licht kann man als eine (elektromagnetische) Welle auffassen", erläutert der Mitarbeiter der zentralen Forschungsabteilung des Spezialglasherstellers. "Diese versucht, die an die Atomkerne gebundenen Elektronen zu Schwingungen anzuregen. Gelingt dies nicht, dann gibt es keine Wechselwirkung zwischen Licht und Atomen und die Welle kann auch keine Energie an die Atome abgeben. Folgen die Elektronen den Schwingungen des Lichtfeldes aber, dann nehmen die Elektronen offensichtlich Energie von der Lichtwelle auf und diese wird auf dem Weg durch das Medium so immer schwächer." Die auf das jeweilige Material fallenden Lichtstrahlen werden also aufgenommen, absorbiert - das Material ist undurchsichtig.

"Eine Besonderheit ergibt sich noch dadurch, dass die Elektronen, die im Lichtfeld schnell hin- und herschwingen, selbst wieder Licht ausstrahlen können", ergänzt Hagemann. Materialien mit sehr leicht beweglichen Elektronen sind daher oft auch gut reflektierend und natürlich auch undurchsichtig, da das Licht "umgelenkt" wird.

Glas versus Aluminium

Zwei schematische Darstellungen eines Atoms. Links: Zwei Elektronen (gelb) umgeben einen Atomkern. Rechts: Atomkern mit Elektronenhülle.

Zwei schematische Darstellungen eines Atoms. Links: Zwei Elektronen (gelb) umgeben einen Atomkern. Rechts: Atomkern mit Elektronenhülle.

Und um genau diese beiden Materialklassen handelt es sich bei Glas und Aluminiumfolie:

In Glas sind die Elektronen stark an die Atome gebunden. Es findet keine Wechselwirkung zwischen den Lichtstrahlen und den Elektronen statt, das Licht kann somit seine Energie nicht abgeben. Auf dem Weg durch das Glas wird das Licht also nicht abgeschwächt - das Glas ist transparent. Die starke Elektronenbindung ist übrigens auch der Grund dafür, dass Glas nicht elektrisch leitfähig ist, denn um Strom leiten zu können, müssen in einem Material bewegliche Elektronen vorhanden sein.

Anders verhält es sich in Metallen wie Aluminium: Hier sind die Elektronen so lose gebunden, dass sie gar nicht mehr eindeutig einem Atom zugeordnet werden können. Man spricht hier anschaulich von einem "Elektronengas". Dieses Elektronengas lässt sich gerne vom Licht zu Schwingungen verführen und hier haben wir es sogar mit dem oben genannten Fall zu tun, dass die schwingenden Elektronen wieder (reflektiertes) Licht aussenden. Dass Strom bei diesen nicht gebundenen Elektronen gut fließen kann, ist nicht verwunderlich.

"Letztendlich", resümiert der Glas-Experte, "hängen die optischen Eigenschaften von Glas und Aluminium eng mit den elektrischen Eigenschaften der Materialien zusammen."

Quelle: n-tv.de