ガラスとプラスチックの透明性について

Question

プラスチック製品の中には透明のものが多いですが、このプラスチックの透明性にはガラスの透明性と共通の理由があるのでしょうか。

polymer1 · Accepted Answer

No3です。

＞結晶化と不透明性をつないでいるものはやはり電子の動きでしょうか。

樹脂（高分子）における、結晶部分と非晶部分のつながりという意味の質問でしょうか？
長い高分子鎖の一部が折り返し構造をとったところが結晶（ラメラ結晶）といわれる部分です。
折り返さず伸びたり、絡み合ったりしているところが非晶部分と簡単に考えたらよいと思います。
つまり、結晶している樹脂においても、一つの分子鎖のある部分が整列して結晶化しているところと、非晶のところが混在していると考えてください。

一つの高分子鎖の結合には、電子の動きが重要（共有結合）ですが、高分子鎖の絡み合いとかにはあまり関係ないと思います。

polymer1 · Answer

No3です。

＞光が物質の中を透過する際電子との相互作用がない場合もあるのかと思いました。

光の定義とかもきっちりとして質問しないと、思うような回答は得られません。
一般的には、透明を言うのであれば、可視光に限定しているのでしょうか？
それとも放射光や紫外線、赤外線・・・　何に対して透明といわれているのですか？

今一度、何が知りたいのかを整理して、新しいスレッドを立てられた方が良いと思います。

UVやVis、さらにはNIRいった範囲の光の吸収という点では、電子云々よりも　分子の振動の方が、影響多いと思いますが・・・・　あまり詳しくはありません。

noname#177582 · Answer

>結晶化と不透明性をつないでいるものはやはり電子の動きでしょうか。
>ご教示ありがとうございます。結晶が重要な役割を果たしていることがよくわかりました。規則正しい構造の方が透明かと思っていました。

透明物質での結晶性・アモルファス性は「元の素材が透明である前提」ではじめて説明できることです。
その上で、No.３さんのおっしゃっているような事象が発現します。

結晶構造体で透明なもの
水晶（SiO２の結晶体）、ダイヤモンド（Ｃの結晶体）、コランダム（Ａｌ２Ｏ３の結晶体、赤いものはルビー、青いものはサファイアと呼ばれる）

アモルファスで透明なもの
ガラス（ＳｉＯ2がアモルファス構造となったもの）
アクリル（ポリメタクリル酸メチル、ＣとＨとＯから成る重合体）

アモルファスで不透明なもの
ＤＬＣ（ＣとちょっとＨのアモルファス構造体、厚く成膜されると黒くなる）

noname#177582 · Answer

>不透明な金属の熱伝導率が高いことにも関係があるでしょうか。

その前に金属にはバンドギャップがありません。
よって金属の価電子＝自由電子となります。
一部の金属、例えばＳｉは微妙にバンドギャップを持っており半導体となります。

金属光沢は電磁波が自由電子により反射される際の色と考えられています。
当然、電磁波にはさまざまな波長がありますから、すべての波長の電磁波が自由電子に反射されるのではなく吸収されてしまうものもあり、これにより、金や銅などは一般的な金属色とはなりません。

熱伝導率には複数種類の考え方があります。
A結晶格子による熱伝導
B自由電子による熱伝導

金属の熱伝導性が良好なのはBの理由になります。

ちなみにＡの結晶格子による熱伝導が良好なものとしてダイヤモンドが挙げられます。
ダイヤモンドの熱伝導性は凄まじいです、金属の比ではありません。

ダイヤモンドは完璧な共有結合結晶ですから表面に自由電子はなく、絶縁体となります。
（バンドギャップがすごく大きいという意味で絶縁体ですが、このバンドギャップの大きさからＳｉに代わるパワーデバイスとしての研究が進められています。ＡｌＮもですね。）

さて、私は透明な物質は基本的に絶縁体と言いました。
じゃあタッチパネルは透明だけど？と聞かれることがありますが、あれは透明導電膜というものでここからは企業秘密になるので教えられません。
初期の透明導電膜は金などの金属をナノサイズまで薄くすることで達成していましたが、この技術は今や古いです。

Hikaru99 · Answer

下記ページ参考になると思います。

ガラスはなぜ透明なのか
http://optica.cocolog-nifty.com/blog/2011/12/post-541a.html
透明なプラスチック（１）
http://optica.cocolog-nifty.com/blog/2012/07/post-c22a.html

polymer1 · Answer

共通性という観点で答えると非晶（非結晶）と結晶という状態で考えると良いです。

ガラスは、非晶、すなわちアモルファスな状態にあります。
このため透明に見えます。

透明な樹脂の代表であるポリカーボネート樹脂やポリスチレン樹脂も非晶樹脂です。
これに対しナイロン樹脂やポリアセタール樹脂、PBT樹脂は、結晶化しやすい樹脂で通常は結晶化しており白く見えます。（正確には、樹脂の中に微結晶が分散していて、光が散乱して白く見えるといった方が正しいです）

ここでややこしいのが、非晶状態と結晶状態が容易にコントロールできる樹脂があります。
その代表がPET樹脂です。
PETボトルを考えてください。胴体は、透明（非晶状態）ですが、口部（全てではありません）は白くなっていますよね、この白いところが結晶化しているところです。

このような内容で分かりますでしょうか

noname#177582 · Answer

> 光が吸収されないのはどういう仕組みでしょうか。

短波長の電磁波のほうがエネルギーが強いということはご存知でしょうか。

・・・宇宙線＞Ｘ線＞紫外線＞可視光線＞赤外線・・・
宇宙線のエネルギーはとても強いです。
人が浴びたら死にます。

光（電磁波）を吸収できないということは、電子が励起されるだけのエネルギーがないということです。
価電子体の電子を励起させ伝導体にまで上昇させるだけのエネルギーがないから、光を吸収できない（透過する）ということになります。
半導体の分野を勉強すると次第にわかってきます。
飛び越えるのに必要なエネルギー帯をバンドギャップ、もしくは禁制帯と言います。
もっとも大きいバンドギャップを持つのはダイヤモンドだったかな・・・

透明物質というのは基本的に絶縁体（不導体）です。

地球上のように宇宙線が飛び交っておらず紫外線も微量である状態では、ガラスは透明です。
ガラスの価電子を励起させるだけの電磁波は無いに等しいですから。
でも、ガラスが宇宙に行ってしまったら宇宙線が飛びまくっていてガラスの透明性は失われ曇ってしまいます。
だからスペースシャトルの窓ガラスにはバンドギャップの大きいダイヤモンドが使われているそうです。

noname#177582 · Answer

透明である理由は可視光線領域の電磁波が吸収できずに透過してしまうためだと思います。
ガラスも透明性プラスチック（アクリル）もそういう理由だと思います。

蛇足ですが、水晶（ＳｉＯ２の結晶）は透明です。
水晶の仲間のアメジストやシトリン（基本成分は水晶と同じ）がなぜ発色するかというと、Feなどの金属不純物が微量に混じっており、その金属不純物が電磁波を吸収するため、あのように美しく発色しています。

ガラスとプラスチックの透明性について

No3です。

この回答への補足

No3です。

>結晶化と不透明性をつないでいるものはやはり電子の動きでしょうか。

>不透明な金属の熱伝導率が高いことにも関係があるでしょうか。

下記ページ参考になると思います。

共通性という観点で答えると非晶（非結晶）と結晶という状態で考えると良いです。

この回答への補足

> 光が吸収されないのはどういう仕組みでしょうか。

この回答への補足

透明である理由は可視光線領域の電磁波が吸収できずに透過してしまうためだと思います。

この回答への補足

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