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为什么金子是黄的

发表时间：2024-07-28 04:46:32 来源：网友投稿

金子的金色来自于电子的相对论效应。

对于可见光来说黄光和蓝光是互补的，金子显黄色，说明当可见光照射在金子上时，蓝光被吸收而黄光被反射进入我们的眼睛。所以问题就变成了：为什么金子会吸收蓝光。

光子会激发金属中的电子跃迁，但电子跃迁的能量不是连续的，只有达到轨道间的能量差才能使跃迁发生。当光子的能量消耗在电子跃迁这个过程中时，宏观上我们看到的就是某种可见光被吸收。在银原子中电子跃迁发生在4d到5s轨道间，这个能量差落在紫外区域，所以肉眼是感觉不到的，于是银子对可见光几乎没有吸收，白光进，白光返，所以银子是白色的。但是对于金子来说电子的跃迁发生在5d到6s轨道中间，这个能量差落在低能量的可见光区域，且等于蓝光光子的能量，所以金原子对可见光是白光进，蓝光吸，黄光返。

感谢

@叛逆者

提醒，这里放一张金属的反射谱更加直观。我特意标注了可见光的波长范围，可见金原子在这个范围内的吸收率有多高。

但是为什么金子的5d到6s轨道间的能量差会更小，以至于落在了可见光区域呢？这就要考虑相对论效应了。s轨道是非常紧贴原子核的轨道，因为s轨道上的电子在原子核附近的概率密度比其他如p，d，f轨道都大。所以s轨道上的电子必须以极大的速度运行，以免“掉入”原子核中，这个速度有多大呢？几乎超过了光速的一半！爱因斯坦的相对论告诉我们随着运动速度的增加，质量就会增加。所以电子质量增加而导致轨道半径缩短，导致s轨道的能量变低；并且，随着s轨道的收缩，d和f轨道被向外推导致能量升高。综合来说就是：

在金原子中6s轨道由于轨道收缩效应能量变低而5d轨道由于屏蔽效应能量变高，一来一回使两个轨道间的能量差变小，导致了红移，所以落在了可见光蓝光的范围内。

那么相对论效应为什么在金原子中这么显著而在银原子中就不显著了呢？这是因为原子序数。波尔第一轨道速度可以用一个简易方程表示：

其中137是用原子序数归一后的光速。银的原子序数为47，算出来的速度为47/137 = 34%光速，而金的原子序数为79，算出来的速度为79/137 = 58%光速。所以相对论效应非常显著。

事实上金并非是唯一显黄色的金属，对于原子序数比较大的金属这种相对论效应都会体现。比如金属铯（= 55），也是黄的。

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