Почему золото имеет желтый цвет: ответ может оказаться неожиданным

Хотя для людей золото является ценным металлом, для ученых как химический элемент оно не сильно интересно. Золото является инертным металлом и плохо взаимодействует с химическими соединениями и другими элементами. Люди в любом случае любят этот редкий металл, что делает его идеальным для использования в качестве валюты, а его уникальный цвет делает его привлекательным для изготовления ювелирных изделий. Но что придает золоту блестящий желтый цвет? Оказывается, чтобы ответить на этот вопрос, нужно немного квантовой механики и немного теории относительности Эйнштейна, пишет IFLScience.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Ядра атомов химических элементов состоят из протонов и нейтронов, а окружают это ядро электроны. Существует такой раздел науки, как релятивистская квантовая химия, которая использует понятия квантовой механики и теории относительности Эйнштейна для объяснения свойств атомов. В частности, тех атомов, в которых электроны имеют скорость движения близкую к скорости света, то есть релятивистскую скорость. Атомы золота именно такие.

Релятивистские эффекты электронов имеют огромное значение для свойств атомов тяжелых химических элементов, которым является в том числе и золото.

Ядро атома золота состоит из 79 протонов и окружено электронами на внешней электронной оболочке. В то же время еще один ценный металл, серебро имеет в ядре атома 47 протонов и также электроны на внешней оболочке. Поэтому оба элемента должны обладать похожими свойствами, но серебро намного лучше вступает в реакцию с другими химическими соединениями и элементами. И причина как раз кроется в релятивистском эффекте электронов.

Из-за того, что в ядре атома золота находится много положительно заряженных протонов отрицательно заряженные электроны на внутренних оболочках, притягиваются намного ближе к ядру, чем в серебре. Находясь так близко электроны вращаются вокруг ядра со скоростью, превышающей половину скорости света. Таким образом возникает релятивистский эффект, и он особенно большой у золота.

В то время как электроны вращаются с релятивистской скоростью и приобретают эффективную релятивистскую массу, две самые внешние электронные оболочки, которые также притягиваются к ядру атома золота, находятся немного ближе друг к другу в результате релятивистского сжатия. Это означает, что нужно немного меньше энергии при столкновении с частицами света, то есть фотонами, чтобы заставить электрон перейти в состояние с более высокой энергией.

В атоме серебра энергия, необходимая для этого перехода, находится в ультрафиолетовом диапазоне света, то есть видимый свет не поглощается во время перехода из одного состояния в другое, а отражается. Таким образом серебро получает характерный серебристый цвет.

Но в атоме золота энергия, необходимая для перехода электрона в состояние с более высокой энергией, находится в видимом синем свете. Он поглощается, но остальная часть видимых длин волн света отражается обратно, причем красные и зеленые цвета объединяются, чтобы создать блестящий желтый цвет золота. То есть золото имеет такой цвет, потому как человеческий глаз воспринимает данные длины волн света именно в таком цвете.

Как уже писал Фокус, астрономы обнаружили больше скрытых черных дыр во Вселенной, чем ожидалось. Если новые наблюдения подтвердятся, то придется менять теоретические модели эволюции галактик.

Также Фокус писал о том, что теперь можно послушать, как звучат вспышки на Солнце. Ученые озвучили данные, полученные при изучении извержений на нашей звезде.

Еще Фокус писал о том, что физики приблизились к обнаружению совершенно нового состояния материи, когда впервые заморозили атомы индия почти до абсолютного нуля.