金屬為什麼有金屬光澤？

11-28

我們老師提了一下，但是說中學化學不好解釋，就沒說了。然後我就好奇了。能大致解釋一下嘛？

這主要是個物理問題，而不是化學問題。
首先，自由電子的電磁響應（lorentz 方程）決定了金屬對低於某一個頻率（plasmon frequency）的光子具有較強的反射率，超過這個頻率的光子則完全透明。這可以理解為頻率過高，自由電子由於慣性，其震動無法趕上導致。可以想像，這個頻率起點和電子的質量有關，而且成反比。大部分金屬的這個plasmon frequency都遠遠大於可見光，所以金屬反射可見光。這是形成光澤的前提條件；
當然，實際金屬的電磁響應還和金屬材料的能帶結構有關，例如過渡金屬（金，銅）等會在藍光出存在吸收峰，因此紅光處存在較強反射。這些性質可以由多個共振中心疊加的的自由電子響應來解釋（lorentz-drude Model）。
其次，金屬的表面比較光滑平整，因此能對入射光進行滿足snell"s law的平面反射。這樣一來取決於光源的位置，人眼看到金屬反射出來的光強和觀測角度有關，這就是所謂「光澤」。
如果把金屬磨成粉末，由於漫反射則不存在光澤了。當金屬粉末不太小時，由於粉末表面不規則，將入射光的能量按多個角度進行反射，人在任意一個位置觀測時，總會覺得其反光強度小於周圍環境的照度，因而產生「黑色粉末」的錯覺。如果放在顯微鏡下觀測就能知道金屬粉末並不黑。

「金屬光澤」來自金屬本身的高反射率（Reflectivity）。下圖顯示了 Al、Ag 和 Au 對不同波長的反射率：

可見光波長是 400-700nm。在這個區段 Al 和 Ag 都幾乎是完全反射（反射率 &> 85%）因而呈現「銀白色」，而 Au 則對於短波長（&< 500nm，藍紫色）反射率低，呈現黃色。而解釋金屬的高反射率則要利用等離體子（Plasmon）和能帶理論了。在金屬中存在未全部填滿的能帶，叫做價帶，裡面存在許多的自由電子。這些自由電子非常類似等離子體里的自由離子，使得關於 Plasmon 的理論可以用於解釋金屬中的電子行為。根據 Plasmon 的理論：

頻率低於 Plasmon 頻率的光子會因為電場屏蔽（Electric field screening）而幾乎被完全反射
頻率更高的則幾乎會完全透過，因為自由電子無法跟上光子的頻率

Au 的顏色則是因為它在可見光區有吸收譜帶，吸收了藍色光。

這個「有光澤」來自於反光，嚴格點說是來自於金屬表面對可見光的鏡面反射，當然這裡的「鏡面反射」是相對於「漫反射」來說的，大概的意思是在金屬表面，至少有那麼一小塊的區域，其對光的反射方向相近，因此晃了大家的眼

這個「光澤」跟透明不透明，或者說光對某材料的穿透性、吸收比啥的沒有必然聯繫。我們都有過水麵或者玻璃窗差點晃瞎眼的經歷。而玻璃和水對光（可見光）的透過係數是很大的，通常我們也認為它們是透明的物質，但照樣晃眼。另外不知道你有沒有玩過煤，有時候你會找到一種煤塊，它的某個面非常平滑，也照樣有光澤，會晃眼，雖然是黑的。這是因為雖然大致上我們說黑色的東西吸收全頻段的可見光，但實際上還是有一小部分被反射出來了，碰上鏡面，反射光的方向近似（某個角度光強較大），人眼就能感受到。

另一個需要注意的問題是，金屬只有當是比較大（相對於人眼能察覺的尺寸）的塊體（或者表面啊啥的）才會有光澤，而粉末狀的金屬一般沒有。並且隨著粉末粒度的不同，粉末的顏色也會有不一樣。這一是因為在粉末裡面「鏡面」沒有了，大家都在漫反射，光強分散在了各個方向，不會有某個角度有特別明顯更強的光；此外，金屬對光是有一定的吸收的，被某個粉末顆粒反射出來的光可能又撞到了另一個顆粒上，再被吸收一部分，這樣總體的效果是金屬對光的吸收變強了，因此反射光強度變弱。

在一個問題是金屬的顏色。經典的觀點來看，光是電磁波，是由互相垂直的且與行進方向垂直的振蕩的電場和磁場組成的。當光照射到物體上時，材料內部的電子會隨光的電場振蕩而振蕩，電子的振蕩導致發出「反射光」；不同的材料對電子的束縛能力不同，比如玻璃中電子就被限定在一個有限的區域內振蕩，這樣電子就比較跟不上電磁場的腳步，發出的反射光也比較弱，大概 2-4% 的樣子，大部分光都透射過去了。對金屬來說，電子自由很多，至少有一部分電子是被允許到處跑的，因此金屬中的電子就比較容易跟上電磁場振蕩的步伐，導致較強的反射率。

我們知道電磁場也是有頻率的，波長越短，頻率越高（振蕩的越快），顏色更偏藍、紫、紫外、x-ray。。。當我們增加入射光的頻率時，總會使得金屬中的電子跟不上電磁場的振蕩，這個時候就跟我們前面說過的玻璃中的情況類似了，會有一部分光透射過去。這個頻率叫做「等離體頻率」（plasma frequency），對大部分金屬來說，等離體頻率處於紫外波段，也就是其電子搞定所有的可見光沒啥問題，然後可見光就都被反射出來了，我們看到的光澤時銀白色的；有些金屬，比如金，其等離體頻率在藍光波段，也就是其自由電子對藍色、紫色光無能為力；此外，金在藍光頻段有吸收，導致金反射光為金黃色。

百度上搜的，我認為他的回答有參考意義，特別是最後一段：金屬都是以金屬鍵結合而成的金屬晶體，金屬原子以最緊密堆積狀態排列，金屬內部有自由電子，它的運動範圍是整塊金屬，當白光照到金屬表面時，自由電子能吸收所有波長的光，隨即又反射出來，因此絕大多數金屬(除金呈黃色、銅呈赤紅、銫呈淺黃、鉍為淡紅、鉛為淡藍以外)都呈現銀白色光澤。

當白光照射到不透明的物體表面時，一部分波長的光被物體吸收，一部分波長的光被反射出來。不同波長的光有不同的顏色，被反射的光波是什麼顏色的，物體就是什麼顏色。如三氧化二鉻反射綠光，它就是綠色的，硫磺反射黃光，看上去就是黃色的。若物體將全部波長的光都吸收，它就是黑色的，若全部都反射，則為白色。

當光照射到透明的物體上時，若全部波長的光線都能透過，則物體五色；若一部分吸收一部分透過，則物體顯示吸收光波長對應的顏色。

應該注意的是，金屆的光澤只在整塊時才能表現出來，粉末狀時，除個別金屬(例如鎂鋁)外，大部分金屬都呈灰色或黑色。

金屬具有獨特的光澤，稱為金屬光澤。自由電子是金屬光澤的製造者。當可見光照射到金屬上時，金屬表面的自由電子就會以與可見光相同的頻率（每秒振動的次數）振動並將其吸收，從而使得可見光不能進入金屬內部。與此同時，自由電子又因自身的振動而形成了振動頻率相同的可見光，並從金屬表面發射出來（反射）。我們所看到的金屬光澤其實是自由電子所生成的可見光。

不過，自由電子並不能吸收所有照射到金屬上的光，也不能形成所有頻率的光，這是因為自由電子的運動速度是有一定限制的。當光的振動頻率高時，自由電子就無法以其相同的頻率振動，因此，自由電子無法吸收和生成X射線和伽馬射線等。照射到金屬上的X射線和伽馬射線沒有被吸收掉而是進入了金屬內部，被金屬原子內側電子層中的電子吸收了。

眾所周知，銀散發著白色光芒，銅看上去發紅。金屬不同，其自由電子的最高運動速度也不同，所以才形成了不同的光澤。例如，金的自由電子的最高速度相對較慢（金屬的電子密度越大，自由電子的最高運動速度越快），所以無法吸收和形成藍色或綠色的可見光。由於金的光澤中不含藍光和綠光，所以看上去是金黃色的。

小知識:金條表面刻的「999.9」表示純度為99.99%。一千克的金條價格大約為27萬元人民幣（2017年1月1日的市值）。

有理工科背景的可以參考這篇文章科學網—金屬為什麼多是亮晶晶的？

同意一樓的，補充一下。金屬光澤屬於物理現象噢，和化學性質無關。
在這裡補充兩個定義：
關於物理現象：

物理現象是指物質的形態、大小、結構、性質（如高度，速度、溫度、電磁性質）等的改變而沒有新物質生成的現象，是物理變化另一種說法。換句話說，物理現象是指可直接感知的物理事件或物理過程，而不同於物理本質，物理本質是對同類物理現象共同本質屬性的抽象。
至於化學性質：

化學性質是物質在化學變化中表現出來的性質。如所屬物質類別的化學通性：酸性、鹼性、氧化性、還原性、熱穩定性及一些其它特性。

樓主莫混淆了哈。
具體的定義是高中的時候學的了，現在幾年過去也忘的七七八八，若是錯誤請見諒~~

我以為金屬吸收波長只能解釋顏色問題,但是光澤無法體現。
而實際上光澤度主要由材料的表面平整度決定的,材料表面平整度越接近鏡面,那麼光澤度就越強；反之，如果表面不平整，或者表面密度較小不足以形成鏡面,那麼就會發生漫反射，漫反射進入你眼睛的光強度就沒有鏡面反射那麼強，形不成光澤的效果。打磨、拋光這些工序就是修平了這些不平整的表面使物體形成光澤。
中學物理光學有鏡面反射和漫反射的介紹，高中的化學裡結構一章也會簡要介紹各種晶體的堆積方式，可以理解他們是如何影響密度的。所以，我不覺得中學知識解決不了這個問題。
PS:我挺討厭中學老師說「這個問題太深了」之類，然後就扔給大學去了解的做法。實際上大學老師也是講課考試，偶爾興緻高了才會給你科普一下，問題還得自己找呀。

只能說，最科學的解釋就是從等離子體效應來解釋。至於其他解釋，就比較業餘了~~~但是中學階段，恐怕也難以明白等離子體效應。

A few materials, like liquids and glasses, lack the internal subdivisions which give the subsurface scattering mechanism described above, so they can be clear and give only specular reflection (not great, however), while, among common materials, only polished metals can reflect light specularly with great efficiency (the reflecting material of mirrors usually is aluminum or silver).

一些材料，如液體和玻璃，沒有上述產生亞表面散射機理的內部細分，所以它們十分清澈，只進行鏡面反射（但不高），然而，在常見材料中，只有拋光的金屬能夠進行高效鏡面反射（反射鏡的反射材料通常為鋁或銀）。

——來自維基百科Diffuse reflection

所以這些金屬光澤實際上是鏡面反射光，我們看到的實際上是光源的像。