單質金(Au)為什麼是金色,而不是普通金屬的銀白色?
電子能級問題,相對論效應使6s軌道收縮,5d和6s能帶靠的非常近,5d電子很容易吸收藍顏色的光,反射回來的就是黃色。
金的6s電子因為相對論效應收縮(6s2惰性電子對效應),能級下降,使5d軌道電子躍遷到6s軌道能量降低,吸收波長更長能量更低的可見光,藍光,顯出反色金色。而相比金,銀是從4d軌道電子躍遷到5s能級,需要更高的能量,吸收紫外光顯示銀白色。
【摘自】 金子為什麼是金色|混亂博物館
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這是一件 99.99% 高純度的金標本。
你有沒有想過,為什麼別的金屬總是銀白色,唯獨金子(Au)是高貴的金黃色?
然而你相信嗎?這些液體的繽紛色彩,也來自貨真價實的金,而且是金屬狀態的金。
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我們從小就知道「黃燦燦的金子」,可你有沒有想過為什麼大多數金屬都是銀色,金子偏偏就是金色?這個問題可遠比一般人想像得博大精深多了。
首先,所謂金色就是黃色帶有強烈的反光,即所謂「金屬光澤」。與表面平滑帶來的光澤不同,金屬只要沒有研成極細的粉末,即便表面粗糙也能熠熠生輝。這是它們獨特的材料屬性,與它們良好的導電性關係密切。
我們在中學時代就知道,金屬容易失去最外層的電子,在金屬晶體內部形成一個自由電子的汪洋大海,這給金屬帶來了良好的導電性。同時,這些自由電子也形成了一個等離子體,可以與電磁波相互作用。
光是電磁波,當它撞上金屬的表面,就會在電子汪洋中掀起漣漪,消耗很多能量。同時,光具有粒子性,不能合併或拆分,物質必須一個一個地吸收它們。——出於這些量子力學機制,只有那些能量非常高的光才能被金屬吸收。可見光能量太低,全被反射掉了。這讓金屬煥發出極強的白色光澤,或者說「銀色」。
但黃金的原子序數頗高,這使得它們不但受這些量子機制的約束,還顯著地體現出了相對論效應——我們用相對論量子化學研究它。
簡單地說,原子周圍束縛著很多電子,它們按照能量高低分層排布,最外層的電子決定了原子的大部分物理、化學性質。
而 Au 原子有六層電子,最內層的那個電子有極高的能量,可以認為是以 65% 的光速飛馳,狹義相對論帶來的質量效應不可忽略。這個電子因此變得沉重,軌道半徑縮小,使得最外層電子的軌道也跟著縮小,因此變得格外穩定,穩定的外層電子給金帶來了相當穩定的化學性質。在自然界中,它幾乎是唯一一種總以單質形態出現,不需要冶煉就能獲得的金屬元素,這讓它所有古老文明中都佔據了極重要的位置。
不僅如此,更小的軌道半徑使得金原子的外層電子更加容易躍遷。體現在宏觀上,就是可以吸收能量更低的光子——比如可見光中的藍紫光。由於顏色的互補原理,它們就展現出了鮮艷的橙黃色。
但事情並沒有就此結束。我們既然知道了金色的來源,就有機會改變它們的顏色:金子研磨成粉通常還是金色,可以用作昂貴的顏料甚至化妝品。
但如果我們採用一些特殊的手段,製備出納米尺度的超細金粉,就會發現它們在水中形成了深淺不同的紅色膠體。如果進一步控制顆粒的形狀,就能讓它們變出赤橙黃綠青藍紫等各種顏色。
這是因為納米級的金顆粒尺寸太小,其中的自由電子不足已形成汪洋,只能形成水窪,可見光在其表面掀起的電磁波漣漪會強烈地共振,影響可見光的吸收頻率,就如同鬆緊不同的琴弦能奏出豐富的樂音,形狀不同的金顆粒也發出了絢麗的色彩。沒人解釋一下銅為啥是紅色嗎
首先,是金核外電子的能級結構決定了它對白光(可見光範圍內按一定頻率能量密度分布的複色光)的吸收和反射光譜。
然後這些反射的光子,射到你的視網膜感光細胞上,讓你的幾種不同色覺細胞產生了一種神經信號組合。
隨後,你的大腦按照某種方式解讀處理這種信號組合,把這種信號認為是黃色的⊙_⊙謝邀。
從微觀機理上解釋顏色比較複雜,首先要明確,顏色的產生並不只是光反射那麼簡單,不同類型的物質產生顏色的機理是不一樣的。先介紹一個概念,原子內電子能量存在價帶,導帶和禁帶;簡單來講,價帶就是原子處於穩態時電子的能量狀態;導帶就是電子吸收能量,受到激發後的能量狀態;禁帶即價帶和導帶之間的能量間隙,即禁帶對應的能量是不可能存在電子的。電子在原子核周圍運動是存在能級的,每個能級都有其相應的價帶,導帶和禁帶。電子吸收能量會發生躍遷,從價帶躍遷至導帶,但是如果吸收的能量不足以使其跨越禁帶,那這部分能量便不會被吸收,電子也不會發生躍遷。
有了以上的概念,就可以解釋下物體為什麼會有顏色。既然題主提到的都是金屬,那我們這裡就只介紹金屬產生顏色的機理。金屬是一種比較特殊的物質,它的電子能量狀態幾乎是連續的,也就是說,金屬可以看成沒有禁帶,其電子可以隨意躍遷,換句話說,金屬可以吸收任何大小的能量,也就可以吸收任何波長的光。因此,當光照在金屬表面時,會被金屬原子全部吸收。原子吸收了光子的能量後,發生電子躍遷,電子躍遷到了導帶中,處於激發態。而激發態是高能量狀態,是不穩定的,原子為了保持穩定,會讓電子再次躍遷至低能量狀態,此時電子就會釋放出能量。釋放出的能量一部分以光的形式放出,如果釋放出的光的波長恰好在可見光波長範圍內,就表現出金屬的顏色。由於不同金屬的能帶結構不同,釋放出光的波長也不同,因此就表現出不同的顏色。金顯示高貴的金黃色就是因為其能帶結構和其他金屬不同。
說通俗一點,就是金吸收了全部的光,電子躍遷到高能狀態再躍遷回來,放出的能量恰好是金色的光。
(以上回答為了好懂一點,可能存在偏差,不過大概原理是沒錯的)
根據晶體場理論好像
【第一次在知乎回答問題,好緊張。大一無機化學學的知識差不多快忘記了,不敢隨便回答(? ̄? ??  ̄??)】
分界線
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這學期考結構化學,我看了一下好像過渡元素配合物產生顏色是因為發生d軌道分裂,電子產生d-d躍遷
我記得p大的教授做出過赤橙黃綠青藍紫的金
用Drude模型解釋,就是等離子體頻率比較小。
不是太懂,我想的是可能是他們本身組成原子的排列方式不同所造成的。
微觀觀察金可以是黑的,還可以是紅的
白光照射到物體表面與物體發生相互作用,反射的光譜決定了物體的顏色。而不同波長的光與物質的相互作用不同,這取決於物質的核外電子結構結構。金的核外電子結構決定其能部分吸收藍光波長的光,使反射的光偏黃色。當然,光與物質的相互作用還與物質尺寸相關,納米顆粒的金就不是黃色。
這個是一個成像系統的問題,當然與成像的物體特性和成像方法的選擇有關,給予人眼這種光學成像系統,他就是上面大家解釋的顏色 and 為什麼。
本來這個世界上存在兩種金屬單質,一種偏黃色,閃閃發光,古人覺得很好看,但是覺得有點高貴,不同於一般的黃色,於是想了一個字來給它命名,那就是金。同理,銀也是這樣來的。
如果當時有個抖機靈的人,偏偏要把這個偏黃色的閃閃發光的金屬叫做銀,那現在我們都會稱呼它為銀了。
所以,仔細想想,這個問題是不是很弱智?稱呼是人取的而已。就跟安,牛,伏等單位一樣。你要是不甘心,穿越回去,在發現金的時候,給它命名為狗剩,那現在我們都會成為金為狗剩了。
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