今回はチコちゃんに叱られる! 夏の拡大版SP▽お化け屋敷の謎▽ダンスの不思議 初回放送日NHK総合テレビジョン8月21日(金)を紹介。
なんでガラスは透明なの？
なんでガラスは透明なの？
チコちゃん「ねぇねぇ岡村、この中で一番、透き通った心を持っているステキな大人ってだーれ？」
チコちゃん「なんでガラスは透明なの？」
チコちゃんの答えは、「原子がきちんと並ぶ前に固まったから。」
原子がきちんと並ぶ前に固まったから
窓ガラスやコップ、スマートフォンの画面など、私たちの身の回りには「ガラス」がたくさんありますよね。
「向こう側がそのまま透けて見えるのって、よく考えるとすごいな」
「固体なのに、なんで水みたいに透明なんだろう？」
そんな疑問について、テレビ番組で東京理科大学の安盛敦雄名誉教授が、とっても分かりやすい科学の仕組みを解き明かしてくれました！
今回はその内容をたっぷり引用しながら、ガラスが透明に見える不思議なメカニズムをご紹介します。
なんでガラスは透明なの？
チコちゃんの番組での答えはズバリ、「原子がきちんと並ぶ前に固まったから」でした！
「えっ、きちんと並んでいないから透明なの！？」とびっくりしますよね。
本来、物づくりや化学の世界では「キレイに並ぶこと」が良いことのように思えます。
しかし、ガラスが透明でいられる秘密は、なんと「バラバラなまま固まること」にあったのです。
この不思議を解き明かすために、まずは私たちが物や色をどうやって認識しているのかを見ていきましょう。
物が「赤く」見えたり「透明」に見える理由
私たちがリンゴを見たとき、当たり前のように「赤い」と感じますよね。
太陽の光には、実は「七色の光」が同時に含まれています。
リンゴの皮は、その七色のうち紫・青・緑などの光を多く吸収します。
そして、吸収されなかった「赤やオレンジの光」が皮の表面であちこちに散らばり、私たちの目に届きます。
この散らばった光を受け取った脳が、「リンゴは赤い」と判断しているのです。これが色の認識の基本原理です。
では、リンゴと目の間に透明なガラス板を置くとどうなるでしょうか？
ガラス越しでも、向こう側の赤いリンゴがそのままはっきり見えますよね。
これは、光が進むのを邪魔するものがガラスの中に存在しないからです。
私たちが使うガラスには、目に見える光を吸収する成分が入っていません。
さらに、光をあちこちに散らばらせるものも入っていません。
だからこそ、リンゴに当たった光がそのまま直線的に私たちの目まで届くのです。
普通の物質は冷やすと「結晶」になる！
では、なぜガラスの中には「光を邪魔するもの」がないのでしょうか？
ここで重要になるのが、物質が固まるときの「原子の動き」です。
一般的な物質は、ドロドロに溶けた液体の状態から冷えて固まる際、自由に動いていた原子が徐々に規則正しく整列し始めます。
それらの原子がどんどん集まって固まった状態を「結晶（けっしょう）」と呼びます。
しかし、原子がきちんときれいに並んで結晶になると、困ったことが起きます。
きれいに整列している場所と、そうでない場所の間に「境目（壁）」ができてしまうのです。
光がこの境目にぶつかると、真っ直ぐ進めずにあちこちへ跳ね返り、散らばってしまいます。
光が進むのを邪魔する境目がたくさんあると、物は透明ではなくなり、白くくすんで見えてしまいます。
衝撃！ゆっくり冷やすとガラスは白く濁る！？
実際にガラスをつくる工程を見てみましょう。
ガラスの原料である「珪砂（けいしゃ）」に、石灰やソーダ灰などを混ぜ合わせます。
これを約1400℃という凄まじい熱さの溶解炉で溶かすと、ドロドロの液体になります。
このドロドロのガラスを冷やして固めるのですが、ここで実験です！
もし、この液体ガラスを時間をかけてゆっくり冷やしてしまうと、どうなるでしょうか？
なんと、原子がきれいに整列して結晶化してしまいます。
その結果、光の境目がたくさん出来上がってしまい、ガラスはくすんで白っぽい状態になってしまうのです。
これを専門用語で「失透（しっとう）」と呼びます。
ガラスを透明にするためには、原子に整列する時間を与えてはいけません。
巨大扇風機で急冷却！「バラバラ」だから光が通る
では、どうやって透明なガラスをつくっているのでしょうか？
答えは「急激に冷やすこと」です！
工場では、ドロドロに溶けたガラスを水が流れる容器に入れ、さらに巨大な扇風機で強烈な風を送って一気に冷やします。
こうすることで、原子は規則正しく並ぶ暇を与えられないまま、一瞬でカチコチに固まります。
原子が整列していないので、光を跳ね返す「境目（壁）」が存在しません。
光の邪魔をするものが何もない状態になるため、光がスーッとそのまま通り抜け、あの透明なガラスが誕生するのです！
この「原子がきれいに並んでいない状態」というのは、実は「水」などの液体と同じ構造です。
水が透明なのも、これとまったく同じ原理なのです。ガラスはいわば、「液体の構造のまま固まった不思議な物質」と言えます。
すりガラスやダイヤモンドの透明な秘密
ちなみに、世の中には他にもいろいろな透明・半透明の物質がありますよね。番組ではその補足説明も紹介されていました。
【すりガラスが半透明な理由】
すりガラスは、あえてガラスの表面に型などを使って細かい凹凸（おうとつ）をつけています。
表面がザラザラしているため、そこを通る光があちこちの色々な方向へ散らばり、向こう側がぼやける半透明な状態になります。
【ダイヤモンドや水晶が透明な理由】
ガラスとは逆のパターンもあります。
ダイヤモンドや水晶は、長い時間をかけてゆっくり冷えて固まり、原子が規則正しく並んだ「結晶」です。
「えっ、結晶になると境目ができて濁るんじゃないの？」と思いますよね。
ここがポイントです！
ダイヤモンドなどは、数百万年から数億年という果てしない時間をかけて、「ひとつの超巨大な美しい結晶」を作ります。
全体がたったひとつの結晶でできているため、内部に光を邪魔する「境目（壁）」が存在しません。
だから、結晶化していても光がそのまま通り抜けて透明に見えるのです。
まとめ：透明なガラスは「偶然と科学の傑作」！
普段何気なく見ている透明なガラス。
その正体は、1400℃で溶けた原料を一気に冷やし、「原子がキレイに並ぶのを邪魔して固める」という劇的なプロセスから生まれたものでした！
ゆっくり冷やす ＝ 原子が並んで白く濁る
急激に冷やす ＝ 原子がバラバラで透明になる
次に窓ガラスを見たり、ガラスのコップでお水を飲むときは、ぜひその内側に閉じ込められた「暴れ損ねた原子たち」のドラマを思い出してみてくださいね！
結論
というわけで、
「なんでガラスは透明なの？」は、
「原子がきちんと並ぶ前に固まったから」
でした。
解説してくれたのは
東京理科大学の安盛敦雄名誉教授。
東京理科大学の安盛敦雄名誉教授は、先進工学部マテリアル創成工学科などで無機材料工学やガラス・セラミックスの研究を行ってきた専門家です。専門知識を活かしてメディアにも出演し、ガラスが透明に見える理由などの科学的な解説を行っています。研究と専門分野専門領域: 無機工業化学、無機材料工学、金属物性研究内容: ガラスやセラミックス、光機能材料、結晶化ガラス材料などの物性や生成機構を研究所属: 東京理科大学先進工学部（旧・基礎工学部）で教授を務め、現在は名誉教授メディア出演NHK総合の番組「チコちゃんに叱られる！」に出演し、「ガラスはなぜ透明なのか」という疑問について科学的な解説を担当しました
（AIより）
今回も最後まで読んでくれてありがとう。
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