石が透明に見えるのは何故なんでしょうか

質問

水晶やダイヤモンドのような透明の石がありますよね。
こういうものの中身、分子構造といいますか、それはどうなっているのでしょうか。
例えばダイヤモンドも炭も、
分子構造としては炭素原子が繋がっているだけですよね。
なのに、かたや透明、かたや真っ黒、というのは何故なんでしょう？

また、紫水晶やサファイアやルビーのように半透明の石の場合はどうなのでしょうか。

教えて下さい。

回答No.5

kent-milds

えぇっと、透明なモノに関しては、もう十分な回答が揃っているので、不透明なモノも含めて答えます。
光が透過せずに反射してしまう事によって、不透明になります。
で、どの波長の光が反射するか、吸収されるかによって、色が決まります。
例えば、紫の光が吸収されればその補色である緑になります。
また、全ての光が吸収されれば黒になりますし、全ての光が反射されれば白になります。
反射でモノを見ても同じ事が言えます。
金箔は金色（黄色）をしていますが・・・光にかざして裏から見てみると、青く見えます。
これは黄色の光が反射、吸収してしまい、透過してくる光が青だからです。

グラファイトが黒い理由はダイヤモンドが透明な理由と同様、その分子構造にあります。
グラファイトは方向性を持った導電性の物質です。
この導電性がある・・・と言う事は自由に動ける電子があると言う事です。
つまり、この電子が全ての電磁波、つまり光に対するエネルギーを吸収してしまうのです。
金属のように反射が多い場合は黒にはならないんですけどね。

問題は分子構造内の電子です。
自由電子や有機物内の二重結合や不対電子対の連続などによる電子の移動、原子内のエネルギー順位による電子の移動などなど、電子の移動で見た目の色や透明性などが決まると言っても過言ではありません。
ちょっと考えると、シリコン単結晶であるシリコンウェハは透明ではないですが、ちゃんとした結晶構造のないガラスは透明です。
これはダイヤモンドとグラファイトの違いと似た所はあります。
そして、その物質がどれだけ反射して、どれだけ透過するかにより、見た目は変わります。

さて、ここまでの説明（みなさんの説明です）を理解すると、一つ疑問が浮かぶはずです。
水も空気も透明なのです。
でも、透明のはずの水も空気も、量が多いと青く見えたり（海や昼の空は青い）赤く見えたり（夕焼け）するのです。
これはフェルミ拡散が問題になるからです。
・・・って、本題から外れるので、この事はまたどこかで・・・って事で♪

お礼

急な出張が入り、御礼が遅くなって申し訳ありませんでした。
やはり奥は深いです。。。(^-^;)