黃澄澄的金色哪里來？

云清

如果問一個人，什么顏色最貴氣？十之八九的人都會說是金色，因為金色是金子的顏色。而金子這種稀有的金屬不僅價格昂貴，還是世界上各國皇族喜愛之物，常常被制作成各種漂亮的象征權(quán)力和地位的飾品。

的確，在有著眾多成員的金屬家族里，銀白色的鋁、銀、鎂，紅色的銅，黑不拉幾的鐵粉和錳，哪個也比不上金子的顏色那般鮮亮，金子就像掛在天空中的耀眼的太陽。

那么，為什么金子會呈現(xiàn)出金黃色，而其他金屬比如銀卻呈現(xiàn)出銀白色？

要了解金子的特殊之處，先要了解金屬顯色的一般原理。

能級躍遷

我們知道，金屬原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是這樣的：中間一個帶正電的原子核，核的周圍是大量的、帶負電的電子，它們按照一定規(guī)律分布在核周圍的電子層上。每層電子所具有的能量不同，有高有低，當(dāng)處于低能級的電子吸收了某個波段的光能量，它就會“跑”到具有較高能量的電子層上，這被稱作能級躍遷。一個電子能夠吸收哪個波段的光能量，取決于兩層之間的能級差。只有外界光波能量和能級差相同的時候，電子才能成功從一個低能級躍遷到另一個高能級。換句話說，能級差大，電子會吸收能量較高波段的光線，而能級差小，電子會吸收能量較小波段的光線。而其他光線就都被反射，被眼睛接收。

因此，金屬反射到人眼里的光決定了我們看到的顏色種類，而電子的能級躍遷，則決定了什么樣的光反射到我們的眼睛里。如果電子吸收的光波恰好在可見光區(qū)，那么，金屬將顯出吸收光的互補的顏色，那些沒有被吸收的光會反射到我們的眼睛里。比如，吸收了黃光的物體會呈藍色，而吸收了橙色的光會呈青色。但是，因為并不是所有補色人眼都能看到，我們能看到的僅有可見光那一小段波段而已。所以，如果金屬吸收的入射光的補色不在可見光范圍內(nèi)，是一種我們看不到的光，那么，金屬往往呈現(xiàn)白色。

當(dāng)然，金子呈現(xiàn)金黃色也是電子能級躍遷的結(jié)果，只不過是更獨特一點的能級躍遷。

相對論性效應(yīng)

在金屬內(nèi)部，由于相對論效應(yīng)，內(nèi)層軌道能量會出現(xiàn)下降的趨勢，這意味著內(nèi)層軌道將更靠近原子核，原子核對內(nèi)層電子軌道的吸引力增加，這稱為相對論性收縮。相對論性收縮又使得核附近的電子云更密地聚集在周圍，屏蔽作用增加，使得核對外層電子的吸引力減弱，導(dǎo)致了外層電子軌道向外擴大的趨勢，這稱為相對論性膨脹。

與輕重原子相比，重原子的相對論性效應(yīng)更為顯著，這是因為重原子的質(zhì)量較大。也就是說，與銀、鐵等金屬相比，金的相對論性效應(yīng)，收縮和膨脹更加顯著。這使得金最外兩層之間的能級差降低，使它選擇吸收波長更長、能量更低的可見光，相當(dāng)于539nm藍紫光，顯示出互補色——鮮艷的紅黃色。而相比金，銀的相對論性效應(yīng)沒那么明顯，所以它的最外兩層之間的能級差較大，這讓銀選擇吸收能量更高的光子，紫外光，從而顯示出銀白色。

現(xiàn)在，既然知道了金色的來源，那么，我們就有機會來改變它的顏色。比如，可以采取一些特殊的手段，把金子磨成納米尺度的超細金粉，然后再把它們放入水中形成膠狀體，這時，它們會因為吸收光波段的改變而呈現(xiàn)出深淺不一的紅色。而且，如果進一步控制金顆粒的形狀，還能夠讓它們變成各種顏色，紅橙黃綠藍靛紫，任何你喜歡的一款顏色。endprint