Mengapa Kaca Berwarna Bening dan Transparan? Ini Penjelasannya...

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.