¿Por qué el vidrio es transparente?
El vidrio es arena que ha dejado de esconderse. Su ingrediente principal es el cuarzo, el mismo mineral que forma buena parte de la arena de la playa, y sin embargo un puñado de arena no deja ver nada y una ventana deja verlo todo. La pregunta de por qué el vidrio es transparente tiene dos respuestas que se complementan: una va de electrones que no aceptan propinas pequeñas y otra va de orden y desorden. Por el camino aparecen un mito que aparece hasta en enciclopedias serias, un tablero de madera por el que se puede ver y unas ventanillas de coche que dejan pasar más sol del que parece.
Electrones que no aceptan propinas pequeñas
La luz llega en paquetitos de energía llamados fotones. Cuando un fotón choca con un material, puede pasar una de dos cosas: que algún electrón del material se lo quede o que nadie lo quiera y el fotón siga su camino.
Para que un electrón se quede con un fotón, el fotón tiene que darle exactamente la energía que necesita para subir a un nivel superior. Los electrones no aceptan cualquier cantidad: o les das justo lo que piden para saltar al siguiente escalón, o no hay trato. El curso de introducción a los materiales de la Universidad Estatal de Pensilvania lo explica con una imagen de filas: los electrones de un átomo solo pueden estar en ciertas filas, y para pasar a la siguiente necesitan un empujón de la medida justa.
En el vidrio, esas filas están tan separadas que un fotón de luz visible no tiene fuerza para hacer saltar a ningún electrón. El fotón llega, ningún electrón puede quedárselo, y sigue adelante. Multiplica eso por la barbaridad de fotones que entran por una ventana y tienes un material que deja pasar la luz casi intacta.
Ese es el primer requisito para ser transparente: que la luz visible no se absorba. Pero no basta. La arena tampoco absorbe tanta luz, y no se ve nada a través de ella.
Por qué el vidrio es transparente y la arena no
Aquí entra el segundo ingrediente, que es el orden. El cuarzo de la arena es cristalino: sus átomos están colocados en una red regular, y cada grano tiene caras, aristas y defectos. Según el mismo curso de Penn State, esos bordes y defectos de los cristales reflejan y dispersan la luz. Cada vez que un rayo pasa de un grano a otro o de un grano al aire, cambia de dirección. Después de miles de rebotes, la luz sale por cualquier lado y la imagen se pierde. Por eso un montón de arena se ve blanco o dorado, pero no se ve a través de él.
El vidrio está hecho de casi lo mismo, con una diferencia: sus átomos no forman cristales. Se quedan desordenados, como en un líquido, pero quietos. Es lo que los científicos llaman un material amorfo. Esa estructura amorfa, dice Penn State, deshace la organización en bandas que tendría el cuarzo cristalino, de forma que no quedan niveles a los que un electrón pueda saltar absorbiendo luz visible. Y como no hay granos ni bordes por dentro, el material es uniforme a escala microscópica y la luz no tiene dónde rebotar.
Resumiendo: el vidrio es transparente porque sus electrones no pueden quedarse con la luz visible y porque no tiene fronteras internas que la desvíen. La arena cumple la primera condición a medias y falla en la segunda.
La madera que se deja mirar
Si el truco está en no absorber y no dispersar, cualquier material que cumpla esas dos condiciones debería volverse transparente. En 2016, un equipo del Real Instituto de Tecnología KTH de Estocolmo, dirigido por Lars Berglund, lo demostró con madera.
El equipo sueco eliminó químicamente de una lámina fina de madera la lignina, uno de los componentes de las paredes de las células. La lámina se quedó blanca y llena de poros, todavía opaca. Luego rellenó esos poros con un polímero transparente y ajustó las propiedades ópticas de los dos materiales a escala nanométrica, para que la luz no notara la diferencia al pasar de uno a otro.
El resultado, publicado en la revista Biomacromolecules, fue una madera por la que se puede ver. Ni magia ni truco: quitaron lo que teñía y taparon los huecos donde la luz se perdía. Lo mismo que hace el vidrio sin que nadie tenga que pedírselo.
El ultravioleta sí se queda por el camino
Si la luz visible pasa porque le falta energía, la luz con más energía debería quedarse atrapada. Y así es. Los fotones ultravioleta llegan con la energía justa para que los electrones del vidrio se los queden, explica Penn State, y por eso el vidrio frena los rayos del sol que broncean.
La historia tiene letra pequeña. Según un curso en línea sobre fabricación de vidrio que aloja la Universidad de Lehigh, impartido por el profesor James E. Shelby, en el vidrio comercial el corte del ultravioleta llega hacia los 310 nanómetros, y no se debe tanto al vidrio en sí como al hierro que lleva como impureza. Por encima de ese límite, una parte del ultravioleta de onda más larga, el UVA, se cuela.
Eso se nota en los coches. En 2016, un estudio publicado en JAMA Ophthalmology midió el UVA que bloqueaban los cristales de 29 coches de 15 fabricantes. Los parabrisas frenaban de media el 96 %. Las ventanillas laterales, solo el 71 % de media, con casos que bajaban hasta el 44 %. La diferencia viene de cómo están hechos: el parabrisas es de vidrio laminado, mientras que las ventanillas suelen ser de vidrio templado. Los autores también comprobaron que un cristal tintado, que deja pasar menos luz visible, no garantiza bloquear más UVA.
El verde que se ve por el canto
Mira una ventana de frente y parece incolora. Mírala por el canto y verás un verde botella. Ese verde también es cosa del hierro.
El curso de Lehigh lo deja claro: el hierro es la impureza más común de las arenas que se usan para fabricar vidrio y el colorante más habitual del vidrio comercial. Da distintos tonos de verde al vidrio plano y verdes y ámbar al de botellas. En los grosores normales de una ventana, el color apenas se nota. Pero cuando miras por el canto, la luz atraviesa muchos centímetros de vidrio en lugar de unos milímetros, y el verde se acumula hasta que salta a la vista.
Quitarlo cuesta. Para fabricar el vidrio que la industria llama «blanco agua», el más transparente, hay que eliminar la mayor parte del óxido de hierro. Y a veces no interesa quitarlo: los vidrios de coche llevan más hierro a propósito, porque una forma del hierro ayuda a frenar el ultravioleta que estropea los plásticos y otra ayuda a controlar el calor que entra con el sol.
Las vidrieras no se escurren
Ahora el mito. Seguro que lo has oído en algún bar: el vidrio es en realidad un líquido muy lento, y la prueba está en las vidrieras de las catedrales medievales, que son más gruesas por abajo porque el vidrio se ha ido escurriendo durante siglos.
En 1998, el ingeniero de materiales Edgar Dutra Zanotto, de la Universidad Federal de São Carlos, en Brasil, después de que sus alumnos y colegas se lo preguntaran varias veces, se puso a hacer cuentas. En su artículo en el American Journal of Physics cuenta que al principio creyó que era un mito brasileño, hasta que descubrió que un colega lo había oído en Argentina y que un revisor de la revista le confirmó que estaba extendido en Estados Unidos. Aparecía incluso en un manual de ciencia de materiales y en la mismísima Encyclopaedia Britannica.
Sus cálculos fueron demoledores. Para notar un flujo apreciable en 800 años, habría que calentar un vidrio medieval típico a unos 414 grados. A temperatura ambiente, el vidrio de una ventana solo fluiría en plazos que superan con mucho la historia humana. Y añade una prueba que cualquiera puede ver: en los museos hay vasos de vidrio de hace miles de años que siguen sin deformarse.
¿Y entonces por qué algunas vidrieras son más gruesas por abajo? Zanotto da una explicación de fábrica. El vidrio de las ventanas antiguas se soplaba en forma de cilindro, que luego se cortaba y se aplanaba a mano. Las piezas salían con grosores irregulares, y algunas partes de abajo podían ser más gruesas que las de arriba, igual que otras podían ser más finas.
La historia tuvo una segunda vuelta en 2018. John Mauro, investigador de Penn State, revisó el cálculo usando la composición real del vidrio del siglo XIII de las ventanas de la abadía de Westminster. Encontró que las estimaciones anteriores se habían equivocado en 16 órdenes de magnitud: ese vidrio fluye muchísimo más deprisa de lo que se pensaba. Aun así, harían falta miles de millones de años para producir cambios de tamaño nanométrico en su forma. El mito sigue muerto, solo que con un certificado de defunción más preciso. Mauro lo resume diciendo que el vidrio tiene una naturaleza híbrida: estructura de líquido y comportamiento mecánico de sólido.
Murano y los hornos desterrados
Los hornos de vidrio tienen un inconveniente: queman cosas. En 1291, según el portal oficial de turismo de Italia, la República de Venecia ordenó trasladar las vidrierías de la ciudad a la isla de Murano para limitar los incendios que provocaban los hornos de los talleres. Lo que empezó como una medida contra incendios dejó en Murano a todos los vidrieros de Venecia, y el mismo portal llama a la isla la patria del vidrio soplado.