Γιατί τα διοξείδια τιτανίου του πυριτίου είναι λευκά στερεά;
1. Ηλεκτρονική δομή και χάσμα ζώνης:
* Διοξείδιο του πυριτίου (Sio₂): Το διοξείδιο του πυριτίου έχει ένα μεγάλο κενό ζώνης, που σημαίνει ότι απαιτείται σημαντική ποσότητα ενέργειας για να διεγείρει τα ηλεκτρόνια από τη ζώνη σθένους στη ζώνη αγωγιμότητας. Αυτό το μεγάλο χάσμα ζώνης εμποδίζει την απορρόφηση του ορατού φωτός.
* Διοξείδιο του τιτανίου (Tio₂): Ομοίως, το διοξείδιο του τιτανίου έχει επίσης ένα μεγάλο χάσμα ζώνης. Ενώ μπορεί να απορροφήσει κάποιο υπεριώδες (UV) φως, δεν απορροφά ορατό φως.
2. Διασκορπισμός φωτός:
* Τόσο το Sio₂ όσο και το Tio₂ έχουν υψηλό δείκτη διάθλασης. Αυτό σημαίνει ότι το φως κάμπτεται σημαντικά όταν εισέρχεται σε αυτά τα υλικά. Αυτή η κάμψη προκαλεί τη διασπορά του φωτός σε πολλαπλές κατευθύνσεις.
* Όταν το φως διασκορπιστεί τυχαία, όλα τα μήκη κύματος ορατού φωτός είναι διάσπαρτα εξίσου. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια λευκή εμφάνιση επειδή όλα τα χρώματα αντανακλώνται πίσω στον παρατηρητή.
3. Μέγεθος σωματιδίων:
* Το μέγεθος των σωματιδίων αυτών των υλικών παίζει επίσης ρόλο. Τα λεπτά σωματίδια διασκορπίζουν το φως πιο αποτελεσματικά από τα μεγάλα σωματίδια. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα άριστα αλεσμένα sio₂ και tio₂ είναι ιδιαίτερα καλοί στην εμφάνιση λευκών.
Συνοπτικά:
Ο συνδυασμός ενός μεγάλου κενού ζώνης (που εμποδίζει την απορρόφηση του ορατού φωτός) και ενός υψηλού δείκτη διάθλασης (που προκαλεί σημαντική σκέδαση φωτός) οδηγεί στο λευκό χρώμα του διοξειδίου του πυριτίου και του διοξειδίου του τιτανίου. Το λεπτό μέγεθος σωματιδίων τους ενισχύει περαιτέρω αυτό το αποτέλεσμα.
Σημείωση:
* Ενώ οι δύο είναι λευκοί, η ακριβής απόχρωση μπορεί να ποικίλει ελαφρώς ανάλογα με την καθαρότητα, το μέγεθος των σωματιδίων και άλλους παράγοντες.
* Ορισμένες μορφές Tio₂ μπορούν να εμφανίζονται ελαφρώς κίτρινες λόγω ακαθαρσιών ή επιφανειακών ελαττωμάτων.
