¿Por qué el vidrio es transparente?
La respuesta corta
El vidrio es transparente porque sus electrones solo absorben fotones de unos 9 electronvoltios o más, y un fotón de luz visible lleva entre 1,65 y 3,1: la luz pasa sin ser absorbida. Además, al ser amorfo, no tiene granos internos que la dispersen.
Luz que no tiene con qué chocar
Un material se vuelve opaco cuando algo adentro absorbe la luz. En un sólido, lo que absorbe son los electrones: un fotón puede ser absorbido si le entrega a un electrón justo la energía que necesita para saltar a un nivel libre. En los aislantes y semiconductores hay un hueco de energías prohibidas, la banda prohibida. Si el fotón trae menos energía que ese hueco, el electrón no puede usarla y el fotón sigue de largo.
El vidrio de ventana es, en su mayor parte, sílice (dióxido de silicio, SiO₂). En 1971, Thomas DiStefano y Dean Eastman, de IBM, midieron la banda prohibida de la sílice amorfa en 9,0 electronvoltios (eV), con otra medición independiente que dio 8,9 ± 0,2.[1] La luz visible va del violeta (unos 400 nanómetros) al rojo (unos 750), es decir, fotones de entre 1,65 y 3,1 eV. El fotón violeta, el más energético, apenas llega a un tercio de lo que haría falta. Para la sílice, la luz visible es invisible: la atraviesa sin interactuar.
El silicio puro, hecho de los mismos átomos de silicio pero sin oxígeno, tiene una banda prohibida de apenas 1,11 eV.[2] Cualquier fotón visible supera ese umbral, así que el silicio se traga toda la luz y se ve gris metálico y opaco. Por eso es bueno para paneles solares y malo para ventanas.
Un material absorbe los fotones con más energía que su banda prohibida (a la derecha de su línea). La franja de la luz visible queda a la derecha del silicio, que la absorbe entera, y muy a la izquierda de la sílice del vidrio, que la deja pasar. Fuente: DiStefano y Eastman (1971); HyperPhysics.
El mismo mecanismo, en otros materiales
La regla sirve para predecir el color de muchos sólidos. Con la energía de la banda prohibida se calcula la longitud de onda a partir de la cual el material empieza a absorber (λ en nanómetros ≈ 1240 / energía en eV). Si ese límite cae por debajo de 400 nm, toda la luz visible pasa.
| Material | Banda prohibida | Absorbe por debajo de | ¿Pasa la luz visible? |
|---|---|---|---|
| Silicio | 1,11 eV | 1117 nm | No |
| Seleniuro de cadmio | 1,74 eV | 713 nm | No |
| Fosfuro de galio | 2,25 eV | 551 nm | Solo amarillo y rojo |
| Sulfuro de cinc | 3,6 eV | 344 nm | Sí |
| Sílice (vidrio) | 9,0 eV | 138 nm | Sí |
Fuente: Bandas prohibidas: HyperPhysics (datos de Kittel) y DiStefano y Eastman (1971). Longitudes de onda: cálculo propio, λ ≈ 1240 / E.
El fosfuro de galio es un buen ejemplo intermedio: absorbe el azul y el verde y deja pasar el amarillo y el rojo, por eso se ve anaranjado. Los metales son otro caso: no tienen banda prohibida, sus electrones libres responden a cualquier fotón visible y la luz se refleja. Por eso brillan y no se transparentan.
Hay una segunda condición. Un material puede no absorber la luz y aun así ser opaco si la dispersa: la sal gruesa, el azúcar o la nieve están hechos de sustancias que no absorben la luz visible, pero sus granos y cristales la desvían en cada borde y se ven blancos. El vidrio es amorfo: se enfría tan rápido que sus átomos no llegan a ordenarse en cristales, así que no tiene bordes de grano internos. La luz lo cruza en línea recta.
Por qué el vidrio de ventana no es perfecto
El vidrio común no es sílice pura: lleva sodio, calcio y trazas de hierro que vienen con la arena. Según el Corning Museum of Glass, esas trazas mínimas de hierro le dan al vidrio un tono verdoso y atrapan el ultravioleta.[4] De frente casi no se nota, pero en el canto de una placa, donde la luz atraviesa varios centímetros, el verde aparece. El resultado práctico es que el vidrio de ventana absorbe la luz solar por debajo de unos 320 nanómetros: frena el ultravioleta B, el que quema, y deja pasar gran parte del ultravioleta A.[3]
Cómo lo sabemos
Medir una banda prohibida es medir a partir de qué energía un material empieza a “responder” a la luz. DiStefano y Eastman usaron dos métodos sobre películas delgadas de sílice amorfa. En la fotoconductividad se ilumina el material con ultravioleta de energía creciente y se mide cuándo empieza a conducir corriente: eso pasa cuando los fotones alcanzan para llevar electrones a la banda de conducción, y ocurrió a partir de 9,0 eV. La fotoinyección, que según los autores no depende de las reglas que a veces disimulan el borde de absorción, dio 8,9 ± 0,2 eV.[1] El texto completo del trabajo está cerrado; los valores salen de su resumen oficial. Que dos métodos distintos coincidan es lo que le da confianza al número.
La otra mitad del razonamiento es aritmética: la energía de un fotón es inversamente proporcional a su longitud de onda. Con E ≈ 1240 / λ, el violeta de 400 nm lleva 3,1 eV y el rojo de 750 nm, 1,65 eV. Un fotón de 9 eV corresponde a unos 138 nm, ultravioleta lejano. Entre lo que trae la luz visible y lo que la sílice pide para absorber hay un margen de casi tres veces. El vidrio real empieza a absorber antes, desde los 320 nm, por las impurezas y los otros óxidos que lleva, y eso también se mide: se pasa luz de cada longitud de onda por la placa y se registra cuánta sale del otro lado.[3]
El mito de los vitrales que se derriten
Circula que el vidrio es “un líquido muy lento” y que por eso los vitrales de las catedrales medievales son más gruesos abajo: en 800 años, el vidrio habría chorreado. Es falso. En 1998, Edgar Zanotto, de la Universidad Federal de São Carlos (Brasil), calculó la viscosidad de vidrios medievales a partir de su composición química y concluyó que para ver un flujo apreciable en 800 años habría que mantenerlos a unos 414 °C. A temperatura ambiente, usando como referencia un vidrio que fluye más fácil que el de ventana, el tiempo de relajación da más de 10³² años, muchísimo más que la edad del universo (unos 10¹⁰ años).[5]
La explicación del grosor desigual es de fabricación: el vidrio de ventana antiguo se soplaba en cilindros que luego se abrían y aplanaban a mano, y las piezas salían de espesor irregular. La prueba más simple está en los museos: vasos y frascos de vidrio de hace miles de años siguen sin deformarse.[5]
Otras preguntas
¿Por qué el borde de un vidrio se ve verde?
Por el hierro. La arena con la que se hace el vidrio trae trazas de hierro que le dan un tono verdoso; de frente casi no se nota, pero en el canto la luz recorre varios centímetros de vidrio y el color se acumula.
¿Te puedes broncear detrás de una ventana?
Casi nada. El vidrio común de ventana absorbe la luz solar por debajo de 320 nanómetros, que es el ultravioleta B, el que quema. Sí deja pasar buena parte del ultravioleta A, que no enrojece pero envejece la piel.
¿El vidrio es un líquido?
No en ningún sentido práctico. Es un sólido amorfo: sus átomos no forman un cristal ordenado, pero no fluyen. Zanotto calculó que a temperatura ambiente el vidrio tardaría más de 10^32 años en deformarse de forma visible, muchísimo más que la edad del universo.
Fuentes
- DiStefano TH, Eastman DE. The band edge of amorphous SiO2 by photoinjection and photoconductivity measurements . Solid State Communications, 9(24): 2259-2261 (1971). primaria Banda prohibida de la sílice amorfa: 9,0 eV por fotoconductividad y 8,9 ± 0,2 eV por fotoinyección.
- Nave CR (HyperPhysics, Georgia State University), con datos de Kittel. Semiconductor Band Gaps . HyperPhysics (2024). Bandas prohibidas a 300 K: silicio 1,11 eV; CdSe 1,74; GaP 2,25; ZnS 3,6.
- Johnson JA, Fusaro RM. Broad-spectrum photoprotection: the roles of tinted auto windows, sunscreens and browning agents in the diagnosis and treatment of photosensitivity . Dermatology, 185(4): 237-241 (1992). primaria El vidrio de ventana absorbe la luz solar por debajo de 320 nm (UVB) y deja pasar UVA y visible.
- Rakow Research Library, Corning Museum of Glass. History of clear glass formula 10M used by Steuben after 1933 . Corning Museum of Glass (2017). Trazas mínimas de hierro dan al vidrio un tono verdoso y atrapan el ultravioleta.
- Zanotto ED. Do cathedral glasses flow? . American Journal of Physics, 66(5): 392-395 (1998). primaria Harían falta unos 414 °C para ver flujo en 800 años; a temperatura ambiente, el tiempo de relajación supera 10^32 años.
Publicado el 30 de septiembre de 2026. Revisado contra las fuentes el . ¿Ves un error? Avísanos.
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