Почему золото жёлтого цвета

слиток золота

Есть люди которые интересуются почему золото жёлтого цвета. Поскольку я имею дело с этим металлом на ежедневной основе, я постараюсь объяснить это явление в этой статье. Поскольку основание этого вопроса углубляется в квантовую механику и теорию специальной теории относительности, объяснение этого вопроса будет достаточно сложным.

Электроны в металлах

электроны в жёлтом золоте

Известно, что цвет металлов проявляется из свойств металлических поверхностей и состоит из атомных решеток. За цвет отвечают определенные свойства атомов. Существует так называемая атомную модель Бора. Электроны вращаются вокруг атомного ядра, как планеты вокруг Солнца. К настоящему времени известно, что это очень сложный процесс. Согласно принципу неопределенности Гейзенберга, местоположение и импульс электрона не могут быть точно определены произвольно. Следовательно, вокруг ядра нет реальных орбит, а есть только вероятностные состояния, в которых электроны находятся в данное время с определенной вероятностью. Речь уже идёт не об орбитах, а орбиталях. Различают s-электроны со сферическими орбиталями, p-электроны с гантелями в форме орбиталей, и  еще более сложные орбитали для d и f электронов. Важно, что вероятность нахождения вблизи ядра уменьшается с увеличением вторичного квантового числа. Таким образом, s-электрон часто проходит ближе к ядру, чем p-, и  d-электрон и т. д.

Еще в 1928 году Дирак и Шредингер показали, что электроны вблизи ядра достигают скоростей, приближающихся к скорости света. Для ртути с зарядом ядра 80 электрон уже достигает 58% скорости света вблизи ядра. Но это ничего не значит, кроме того, что должны применяться условия специальной теории относительности. Электрон становится на 23% тяжелее! Таким образом, среднее расстояние до сердечника сокращается, электростатическое притяжение между ними увеличивается и, таким образом, уменьшается энергия всей системы. За эти выводы оба физика были удостоены Нобелевской премии в 1933 году.

До 1970 года считалось, что электроны редко приближаются к ядру. Пока же мы знаем, что это не так. Эти прямые релятивистские эффекты наиболее выражены для s электронов. Они меньше всего с d и f электронами. Здесь есть обратный эффект. Поскольку s-электроны приближаются к ядру, они сильнее защищают положительный заряд ядра, а d- и f-электроны движутся все дальше наружу. Таким образом, в то время как p-электроны труднее выбить из атома, d-электроны легче удалить. Эти косвенные релятивистские эффекты сильно возрастают с увеличением заряда ядра. Эти два эффекта, например, влияют на размер. Золото имеет 32 электрона и почти вдвое больше массы серебра. Тем не менее, он немного меньше атома серебра. Это связано с сильным сокращением его внешних s-орбиталей.

Так почему же золото жёлтое?

почему золото жёлтого цвета

Самое поразительное в золоте — его насыщенный желтый цвет по сравнению с серо-белым серебром. Как это случилось? Для металлов орбитали расширяются в полосы, которые охватывают весь кристалл. Внешние электроны находятся в так называемой валентной зоне. Для золота это d-электроны, энергия которых увеличивается за счет косвенных релятивистских эффектов, как описано выше. Это поднимает всю валентную группу. Над ним — как обычно с металлами — «зона проводимости». Это сформировано в золоте s орбитали. Здесь энергия уменьшается за счет прямых релятивистских эффектов. Это уменьшает расстояние между двумя полосами. Что касается серебра, оно все еще настолько велико, что только ультрафиолетовые кванты света могут поднимать электроны из валентности в зону проводимости. С золотом, однако, они настолько близко друг к другу, что фотонов с более низкой энергией из синего спектрального диапазона достаточно. Поэтому золото поглощает синий свет и появляется в дополнительном цвете, насыщенном жёлтом, который мы все так любим.

И именно поэтому золото жёлтого цвета.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Всё о металлах
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: